[發明專利]具有GeSn源漏的MOSFET及其形成方法在審

申請號：	201410063619.7	申請日：	2014-02-25
公開（公告）號：	CN103811352A	公開（公告）日：	2014-05-21
發明（設計）人：	王敬;肖磊;趙梅;梁仁榮;許軍	申請（專利權）人：	清華大學
主分類號：	H01L21/336	分類號：	H01L21/336;H01L21/20;H01L29/78
代理公司：	北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201	代理人：	張大威
地址：	100084 北京***	國省代碼：	北京;11
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摘要：
搜索關鍵詞：	具有 gesn mosfet 及其形成方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體涉及一種具有GeSn源漏的MOSFET及其形成方法。

背景技術

隨著微電子技術的發展，器件尺寸的不斷縮小，Si材料較低的遷移率已成為制約器件性能的主要因素。為了不斷提升器件的性能，必須采用更高遷移率的溝道材料。目前研究的主要技術方案為：采用Ge或SiGe材料做PMOSFET器件的溝道材料，III-V化合物半導體材料為NMOSFET器件的溝道材料。Ge具有四倍于Si的空穴遷移率，隨著研究的不斷深入，Ge和SiGe溝道MOSFET中的技術難點逐一被攻克。在Ge或SiGe的MOSFET器件中，為了在Ge或SiGe溝道中引入單軸壓應變，可以在源漏區域填充應變Ge_1－xSn_x（GeSn）合金，這樣通過源漏的應變GeSn可以在溝道中引入單軸壓應變，大幅度提升Ge或SiGe溝道的性能，當溝道長度在納米尺度時，其性能提升尤為明顯。與Ge相兼容的GeSn合金是一種IV族半導體材料，且與硅的互補金屬氧化物半導體(CMOS)工藝具有良好的兼容性。

然而，直接生長高質量高Sn含量的GeSn合金非常困難。首先，Sn在Ge中的平衡固溶度小于1%（約為0.3%）；其次，Sn的表面能比Ge小，非常容易發生表面分凝；再次，Ge和α-Sn具有很大的晶格失配(14.7%)。

在生長GeSn材料時，通常采用的方法為分子束外延（MBE）。其中，現有的MBE工藝生長GeSn材料的過程為：將Sn固體金屬作為Sn源材料置入真空腔的Sn固體源爐中；將襯底置入分子束外延源爐的真空腔的加熱器上，對真空腔抽真空，對襯底加熱；對Sn固體金屬加熱，使Sn固體金屬熔化，蒸發產生Sn的原子，打開擋板，使Sn原子到達襯底表面；向分子束外延源爐的真空腔內通入含有Ge的化合物氣體，使Ge原子淀積到襯底表面，完成GeSn合金的外延生長。該方法可得到晶體質量較好的GeSn薄膜，但設備昂貴，生長過程較為費時，成本較高，在大規模生產中將受到一定限制。也有人采用化學氣相淀積（CVD）工藝生長GeSn薄膜，但制得的GeSn薄膜質量較差，熱穩定性不佳，Sn易分凝，也不適用于半導體器件。并且，在MOSFET結構中，一般需要采用選區形成的方法在源漏區形成GeSn，理論上可以采用化學氣相淀積來選擇性生長GeSn薄膜，而目前該方法在非選擇性生長GeSn合金時的熱穩定性不佳，Sn易分凝，其選擇性生長工藝尚不成熟，成本也較高。

發明內容

本發明旨在至少在一定程度上解決上述MOSFET源漏中難以形成質量好的GeSn薄膜、生產成本高的問題。為此，本發明的目的在于提出一種簡單易行且成本低的具有GeSn源漏的場效應晶體管及其形成方法。

為實現上述目的，根據本發明實施例的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法可以包括以下步驟：提供頂部具有Ge層的襯底；在所述襯底之上形成柵堆疊或假柵；在所述柵堆疊或假柵兩側形成源區和漏區的開口，在所述開口位置露出所述Ge層；向所述Ge層表層注入含有Sn元素的原子、分子、離子或等離子體，在所述開口位置形成GeSn層。

根據本發明實施例的形成方法能夠形成具有GeSn源漏的場效應晶體管，其中GeSn源漏的厚度較薄、晶體質量較好，因此晶體管具有良好的電學性能，且本方法具有簡單易行、成本低的優點。

可選地，根據本發明實施例的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法還具有如下技術特征：

在本發明的一個示例中，還包括：在形成所述源區和漏區的開口之前，在所述柵堆疊或假柵兩側形成柵側墻。

在本發明的一個示例中，還包括：在形成所述GeSn層之后，去除所述假柵，在所述假柵區域形成柵堆疊。

在本發明的一個示例中，所述注入的方法包括離子注入。

在本發明的一個示例中，所述離子注入包括等離子體源離子注入和等離子體浸沒離子注入。

在本發明的一個示例中，所述注入的方法包括磁控濺射。

在本發明的一個示例中，在利用所述磁控濺射注入的過程中，在所述襯底上加載負偏壓。

在本發明的一個示例中，還包括：去除所述磁控濺射在所述GeSn層之上形成的Sn薄膜。

在本發明的一個示例中，利用對GeSn和Sn具有高腐蝕選擇比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。

在本發明的一個示例中，所述注入的過程中對所述襯底加熱，加熱溫度為100-600℃。

在本發明的一個示例中，還包括：在所述注入之后，對GeSn層退火，退火溫度為100-600℃。