[發明專利]帶有壓應變薄膜應變源的雙柵p溝道MOSFET及制備方法

有效

• 申請號: 201410244145.6
• 申請日: 2014-06-04
• 公開（公告）號: CN104022152B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發明（設計）人: 劉艷;韓根全;趙斌;張慶芳
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所(普通合伙)50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及半導體設計及制造技術領域，特別涉及一種帶有壓應變薄膜應變源的雙柵p溝道MOSFET(metal?oxide?semiconductor?field?effect?transistor,金屬氧化物半導體場效應晶體管)及制備方法。

背景技術

隨著集成電路技術的快速及深入發展，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、高可靠性和系統集成化的要求。根據國際半導體技術藍圖(International?Technology?Roadmap?for?Semiconductors，ITRS)2012的預測，當集成電路技術節點到10納米以下的時候，應變Si材料已經不能滿足需要，需要引入高載流子遷移率材料MOSFET來提升芯片性能，例如Ge和GeSn。

GeSn具有比純Ge材料更高的空穴遷移率，是制備p溝道MOSFET器件的理想材料(International?Electron?Devices?Meeting,pp.402-403,2011；International?Electron?Devices?Meeting,pp.375-378,2012)。實驗和理論都證明在GeSn溝道區域引入沿溝道方向的壓應變越大，器件的空穴遷移率就越高，器件電學性能就越好(IEEEElectron?Device?Letters,vol.34,no.7,pp.831-833,2013；Physical?Review?B,vol.75,no.4,pp.045208,2007)。目前，報道的壓應變GeSnp溝道MOSFET器件是GeSn溝道生長在Ge襯底或者Ge緩沖層上面，提高GeSn溝道壓應變的方法就是提高Sn的組分。但是Sn組分太高就會引起GeSn材料熱穩定性變差，易出現Sn原子的偏析。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種帶有壓應變薄膜應變源的雙柵p溝道MOSFET及制備方法。

為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種帶有壓應變薄膜應變源的雙柵p溝道MOSFET，包括半導體材料，所述半導體材料具有第一表面和第二表面，在所述半導體材料的第一表面上形成源區、漏區和導電溝道區，所述源區、漏區和導電溝道區的連接線與所述半導體材料的第一表面平行，所述源區、漏區和導電溝道區均凸出于所述半導體材料相同的高度，所述導電溝道區位于所述源區和漏區之間，所述導電溝道具有第一導電面和第二導電面；所述導電溝道區的摻雜類型為n型，所述源區和漏區的摻雜為p型；柵介質層，所述柵介質層形成在所述半導體材料的第一表面上，且位于所述導電溝道區的第一導電面的側面和第二導電面的側面；柵極，所述柵極形成在所述半導體材料的第一表面上，且位于所述柵介質層的側面；絕緣介質層，所述絕緣介質層形成在所述柵極、源極和漏極的側壁上；壓應變薄膜應變層，所述壓應變薄膜應變層形成在所述絕緣介質層上，用于在導電溝道區引入沿溝道方向上的壓應變；源區電極和漏區電極，所述源區電極與所述源區接觸，所述漏區電極與所述漏區接觸。

本發明的帶有壓應變薄膜應變源的雙柵p溝道MOSFET在器件表面覆蓋一層壓應變薄膜應變層，該絕緣應變層在溝道區域引入沿溝道方向上較大的壓應變，這種應變狀態有利于減小空穴有效質量，提高空穴遷移率，從而提高器件工作電流，導通電阻降低。

在本發明的一種優選實施方式中，所述源區、漏區和導電溝道區的材料為單晶GeSn材料，其通式為Ge_1-zSn_z，其中，0≤z≤0.25?？昭ǖ倪w移率高。

在本發明的另一種優選實施方式中，所述壓應變薄膜應變層的材料為Ge₂Sb₂Te₅，能夠在溝道區引入壓應力。

在本發明的再一種優選實施方式中，所述Ge₂Sb₂Te₅，生長時為無定型Ge₂Sb₂Te₅，生長完成后退火轉變為多晶Ge₂Sb₂Te₅。通過具有殘余壓應力的壓應變薄膜層收縮，從而會在溝道區域引入沿溝道方向上較大的壓應變。這種應變狀態有利于減小空穴有效質量，提高空穴遷移率，從而提高器件工作電流。

在本發明的一種優選實施方式中，所述壓應變薄膜應變層為不連續的壓應變薄膜應變層，可以在局部引入壓應變。