具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术提出一种具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管及其形成方法。其中该方法包括以下步骤：提供衬底；在衬底之上形成SiGe鳍形结构；在SiGe鳍形结构之上形成栅堆叠或假栅；在栅堆叠或假栅两侧形成源区和漏区的开口，在开口位置露出SiGe鳍形结构；向SiGe鳍形结构注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，在开口位置形成SiGeSn层。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管形成方法能够形成具有SiGeSn源漏的FinFET，其SiGeSn源漏的厚度较薄、晶体质量较好，因此晶体管具有良好的电学性能，且本方法具有简单易行、成本低的优点。

Fin type field effect transistor having SiGeSn source drain and method of forming the same

The present invention provides a fin type field effect transistor having a SiGeSn source drain and a method of forming the same. The method comprises the following steps: providing a substrate; forming SiGe fin structure in the substrate; forming a gate stack or pseudo grid on SiGe fin structure; in the gate stack or false gate both sides of a open source and drain regions, in the open position exposing the SiGe fin structure; injection containing Sn atoms molecule ion or plasma to SiGe fin structure, SiGeSn layer is formed in the open position. Fin field effect transistor fabrication method of the invention is capable of forming the SiGeSn FinFET the SiGeSn source drain, source and drain with thin thickness and good crystal quality, so the transistor has good electrical properties, and this method has the advantages of simple and low cost.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）已经为集成电路行业服务了四十多年。人们专利技术了各种各样的巧妙技术使其特征尺寸不断缩小，但是并没有改变它的基本结构。然而，集成电路设计窗口，包括性能、动态功耗、静态功耗和器件容差，已经缩小到不得不需要专利技术一种新的晶体管结构的地步。随着栅长的不断缩小，MOSFET的转移特性（Ids-Vgs）发生退化，主要表现在两个方面。一是亚阈值斜率变大和阈值电压降低，也就是说，通过降低栅电极电压Vgs不能使得MOS器件关断得很好。另一方面是，亚阈值斜率和阈值电压均对栅长的变化特别敏感，也就是说，MOS器件的工艺容差变得非常差，该现象被称为短沟道效应。一方面为了有效地抑制短沟道效应，研究人员提出了一种器件结构，该器件结构使得半导体沟道仅仅存在于非常靠近栅的地方，能够消除远离栅的所有漏电通道。由于此时该半导体沟道足够地薄，其形状看起来像一条鱼的鳍（Fin），因而研究人员形象地称其为鳍式场效应晶体管（FinFET）。FinFET器件可以大幅增强栅对沟道的控制能力，有效地抑制了短沟道效应，使其具有驱动电流大、关态电流小、器件开关比高、成本低、晶体管密度高等优点。Fin的材料可以采用廉价的体Si衬底或绝缘体上硅衬底（SOI）来加工。另一方面，随着器件尺寸的不断缩小，Si材料较低的迁移率已成为制约器件性能的主要因素。为了不断提升器件的性能，必须采用更高迁移率的沟道材料。目前研究的主要技术方案为：采用Ge或SiGe材料做PMOSFET器件的沟道材料，III-V化合物半导体材料为NMOSFET器件的沟道材料。Ge具有四倍于Si的空穴迁移率，随着研究的不断深入，Ge和SiGe沟道MOSFET中的技术难点逐一被攻克。在Ge或SiGe的MOSFET器件中，为了在Ge或SiGe沟道中引入单轴压应变，可以在源漏区域填充应变Ge1－xSnx（GeSn）合金，这样通过源漏的应变SiGeSn可以在沟道中引入单轴压应变，大幅度提升Ge或SiGe沟道的性能，当沟道长度在纳米尺度时，其性能提升尤为明显。与Ge相兼容的GeSn合金是一种IV族半导体材料，且与硅的互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺具有良好的兼容性。然而，直接生长高质量高Sn含量的GeSn合金非常困难。首先，Sn在Ge中的平衡固溶度小于1%（约为0.3%）；其次，Sn的表面能比Ge小，非常容易发生表面分凝；再次，Ge和α-Sn具有很大的晶格失配(14.7%)。为了抑制Sn的表面分凝，提高Sn的含量，可在材料生长时掺入一定量的Si，形成SiGeSn层。Si的晶格常数比Ge小，而Sn的晶格常数比Ge大，通过在GeSn合金中掺入Si，可以提高GeSn合金的稳定性。在生长SiGeSn材料时，通常采用的方法为分子束外延（MBE）。其中，现有的MBE工艺生长SiGeSn材料的过程为：先在衬底上外延生长一层SiGe缓冲层，再外延SiGeSn薄膜。该方法可得到晶体质量较好的SiGeSn薄膜，但设备昂贵，生长过程较为费时，成本较高，在大规模生产中将受到一定限制。也有人采用化学气相淀积（CVD）工艺生长SiGeSn薄膜，但制得的SiGeSn薄膜质量较差，热稳定性不佳，Sn易分凝，也不适用于半导体器件。并且，在FinFET结构中，一般需要采用选区形成的方法在源漏区形成SiGeSn，理论上可以采用化学气相淀积来选择性生长SiGeSn薄膜，而目前该方法在非选择性生长SiGeSn合金时的热稳定性不佳，Sn易分凝，其选择性生长工艺尚不成熟，成本也较高。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决上述FinFET源漏中难以形成质量好的SiGeSn薄膜、生产成本高的问题。为此，本专利技术的目的在于提出一种简单易行且成本低的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管及其形成方法。为实现上述目的，根据本专利技术实施例的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法可以包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成SiGe鳍形结构；在所述SiGe鳍形结构之上形成栅堆叠或假栅；在所述栅堆叠或假栅两侧形成源区和漏区的开口，在所述开口位置露出所述SiGe鳍形结构；向所述SiGe鳍形结构注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在所述开口位置形成SiGeSn层。根据本专利技术实施例的方法能够形成具有SiGeSn源漏的FinFET，其SiGeSn源漏的厚度较薄、晶体质量较好，因此晶体管具有良好的电学性能，且本方法具有简单易行、成本低的优点。可选地，根据本专利技术实施例的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法还具有如下技术特征：在本专利技术的一个示例中，还包括：在形成所述源区和漏区的开口之前，在所述栅堆叠或假栅两侧形成栅侧墙。在本专利技术的一个示例中，还包括：在形成所述SiGeSn层之后，去除所述假栅，在所述假栅区域形成栅堆叠。在本专利技术的一个示例中，所述衬底为Si衬底、Ge衬底、绝缘体上Si衬底、绝缘体上Ge衬底、绝缘体上SiGe衬底、具有SiGe表面的Si衬底或Ge衬底。在本专利技术的一个示例中，通过选择性外延工艺在所述衬底之上形成所述SiGe鳍形结构。在本专利技术的一个示例中，通过光刻和刻蚀工艺在所述衬底之上形成所述SiGe鳍形结构，其中，所述衬底表层为SiGe材料。在本专利技术的一个示例中，所述表层为SiGe材料的衬底为绝缘体上SiGe衬底、具有SiGe表面的Si衬底或Ge衬底。在本专利技术的一个示例中，所述注入的方法包括离子注入。在本专利技术的一个示例中，所述离子注入包括等离子体源离子注入和等离子体浸没离子注入。在本专利技术的一个示例中，所述注入的方法包括磁控溅射。在本专利技术的一个示例中，采用所述磁控溅射注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。在本专利技术的一个示例中，还包括，去除所述磁控溅射在所述SiGeSn层之上形成的Sn薄膜。在本专利技术的一个示例中，利用对SiGeSn和Sn具有高腐蚀选择比的溶液清洗以去除所述Sn薄膜。在本专利技术的一个示例中，所述注入的过程中对所述衬底加热，加热温度为100-600℃。在本专利技术的一个示例中，还包括，在所述注入之后，对所述SiGeSn层退火，退火温度为100-600℃。在本专利技术的一个示例中，所述SiGeSn层为应变SiGeSn层。在本专利技术的一个示例中，所述应变SiGeSn层的厚度为0.5-100nm。在本专利技术的一个示例中，所述应变SiGeSn层中Sn的原子百分含量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成SiGe鳍形结构；在所述SiGe鳍形结构之上形成栅堆叠或假栅；在所述栅堆叠或假栅两侧形成源区和漏区的开口，在所述开口位置露出所述SiGe鳍形结构；向所述SiGe鳍形结构注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在所述开口位置形成SiGeSn层。

【技术特征摘要】
1.一种具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括以下步
骤：
提供衬底；
在所述衬底之上形成SiGe鳍形结构；
在所述SiGe鳍形结构之上形成栅堆叠或假栅；
在所述栅堆叠或假栅两侧形成源区和漏区的开口，在所述开口位置露出所述SiGe鳍形
结构；
向所述SiGe鳍形结构注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，以在所述开
口位置形成SiGeSn层。
2.如权利要求1所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在
于，还包括：
在形成所述源区和漏区的开口之前，在所述栅堆叠或假栅两侧形成栅侧墙。
3.如权利要求1或2所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特
征在于，还包括：
在形成所述SiGeSn层之后，去除所述假栅，在所述假栅区域形成栅堆叠。
4.如权利要求1-3任一项所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，
其特征在于，所述衬底为Si衬底、Ge衬底、绝缘体上Si衬底、绝缘体上Ge衬底、绝缘
体上SiGe衬底、具有SiGe表面的Si衬底或Ge衬底。
5.如权利要求1-3任一项所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，
其特征在于，通过选择性外延工艺在所述衬底之上形成所述SiGe鳍形结构。
6.如权利要求1-3任一项所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，
其特征在于，通过光刻和刻蚀工艺在所述衬底之上形成所述SiGe鳍形结构，其中，所述衬
底表层为SiGe材料。
7.如权利要求6所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在
于，所述表层为SiGe材料的衬底为绝缘体上SiGe衬底、具有SiGe表面的Si衬底或Ge衬
底。
8.如权利要求1-3任一项所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管的形成方法，
其特征在于，所述注入的方法包括离子注入。
9.如权利要求8所述的具有SiGeSn源漏的鳍式场效应晶体管...

【专利技术属性】
技术研发人员：王敬，肖磊，赵梅，梁仁荣，许军，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11