[發(fā)明專利]雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310752794.2
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103730507A
• 公開（公告）日: 2014-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 韓根全;劉艷;劉明山
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10;H01L29/161
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET（Metal-oxide-semiconductor?Field-effect?Transistor：金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管）。?

背景技術(shù)

隨著集成電路技術(shù)的深入發(fā)展，晶圓尺寸的提高以及芯片特征尺寸的縮小可以滿足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系統(tǒng)集成化的要求。根據(jù)國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖（International?Technology?Roadmap?for?Semiconductors，ITRS）的預(yù)測，當(dāng)集成電路技術(shù)節(jié)點到10納米以下的時候，應(yīng)變Si材料已經(jīng)不能滿足需要，要引入高載流子遷移率材料MOSFET來提升芯片性能。理論和實驗顯示GeSn具有比純Ge材料更高的載流子遷移率。理論計算顯示通過調(diào)節(jié)Sn組分和GeSn的應(yīng)變，可以把間接帶隙結(jié)構(gòu)GeSn轉(zhuǎn)變成直接帶隙結(jié)構(gòu)，這樣導(dǎo)電電子由L能谷電子變成了Γ能谷的電子，導(dǎo)電電子的有效質(zhì)量大大降低，從而電子遷移率大大提高（Physical?Review?B,vol.75,pp.045208,2007）。?

對于弛豫的GeSn材料，當(dāng)Sn的組分達到6.5%～11%的時候，GeSn就會變成直接帶隙（Journal?of?Applied?Physics,113,073707,2013以及其中的參考文獻）。但是，Sn在Ge中的固溶度（<1%）很低，使得制備高質(zhì)量、無缺陷的GeSn的工作很難。現(xiàn)在用外延生長的方法可制備出Sn組分達到20%的GeSn材料[ECS?Transactions,41(7),pp.231,2011;ECS?Transactions,50(9),pp.885,2012]。但是隨著Sn組分的增加，材料質(zhì)量和熱穩(wěn)定型都會變差，因此單純依靠提高Sn的組分實現(xiàn)直接帶隙GeSn材料，比較困難。?

理論計算顯示，在GeSn中引入雙軸張應(yīng)變有利于從間接帶隙到直接帶隙的轉(zhuǎn)變，即在比較低的Sn組分就可以變成直接帶隙材料（Applied?Physics?Letters,98,011111,2011）。?

為實現(xiàn)雙軸張應(yīng)變GeSn，可以在晶格常數(shù)比較大的襯底材料上生長GeSn外延層，襯底材料可以是III-V族材料，或者Sn組分更高的GeSn材料。?

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)?晶體管（MOSFET）的結(jié)構(gòu)。其中源漏區(qū)域的晶格常數(shù)比溝道材料的晶格常數(shù)大，由此對溝道形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)形成雙軸張應(yīng)變。這種應(yīng)變狀態(tài)有利于GeSn材料從間接帶隙變成直接帶隙，從而實現(xiàn)高的電子遷移率。?

本發(fā)明用以實現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：本發(fā)明所提出的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管具有一GeSn溝道、一襯底、一源極、一漏極、一絕緣介電質(zhì)薄膜、一柵電極。?

所述源極（或者漏極）通過外延生長或者鍵合方式生長在襯底上，其材料為弛豫的單晶半導(dǎo)體材料GeSn，源極、溝道和漏極形成豎直器件結(jié)構(gòu)。?

所述絕緣介電質(zhì)薄膜環(huán)繞生長在溝道上，所述柵電極覆蓋在絕緣介電質(zhì)薄膜上。?

所述源極（或者漏極）的材料晶格常數(shù)比GeSn溝道晶格常數(shù)大。?

本發(fā)明的優(yōu)點分析如下：?

由于本發(fā)明的溝道為單晶GeSn，其中源漏區(qū)域的晶格常數(shù)比溝道材料的晶格常數(shù)大，由此對溝道形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)形成雙軸張應(yīng)變。這種應(yīng)變狀態(tài)有利于GeSn材料從間接帶隙變成直接帶隙，從而實現(xiàn)高的電子遷移率。?

附圖說明

圖1為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET示意圖。?

圖2為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET制造的第一步。?

圖3為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET制造的第二步。?

圖4為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET制造的第三步。?

圖5為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET制造的第四步。?

具體實施方式

為了更為清晰地了解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，以下結(jié)合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工藝實現(xiàn)：?

圖1為雙軸張應(yīng)變GeSnn溝道MOSFET（10）的示意圖。其結(jié)構(gòu)包括襯底（101）、源極和漏極（102，103）、GeSn溝道（104）、溝道上的絕緣介電質(zhì)薄膜（104），絕緣介電質(zhì)薄膜上覆蓋一層?xùn)烹姌O（105）。?