具有GeSn源漏的MOSFET及其形成方法技术

本发明专利技术提出一种具有GeSn源漏的MOSFET及其形成方法。其中形成方法包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在衬底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Ge层；向Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，在开口位置形成GeSn层。本发明专利技术的MOSFET的形成方法能够形成具有GeSn源漏的场效应晶体管，其中GeSn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。

【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GeSn源漏的MOSFET及其形成方法。
技术介绍
随着微电子技术的发展，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GeSn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%)。在生长GeSn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GeSn材料的过程为：将Sn固体金属作为Sn源材料置入真空腔的Sn固体源炉中；将衬底置入分子束外延源炉的真空腔的加热器上，对真空腔抽真空，对衬底加热；对Sn固体金属加热，使Sn固体金属熔化，蒸发产生Sn的原子，打开挡板，使Sn原子到达衬底表面；向分子束外延源炉的真空腔内通入含有Ge的化合物气体，使Ge原子淀积到衬底表面，完成GeSn合金的外延生长。该方法可得到晶体质量较好的GeSn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GeSn薄膜，但制得的GeSn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MOSFET结构中，一般需要采用选区形成的方法在源漏区形成GeSn，理论上可以采用化学气相淀积来选择性生长GeSn薄膜，而目前该方法在非选择性生长GeSn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MOSFET源漏中难以形成质量好的GeSn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GeSn源漏的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GeSn源漏的MOSFET的形成方法可以包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在所述衬底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Ge层；向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，在所述开口位置形成GeSn层。根据本专利技术实施例的形成方法能够形成具有GeSn源漏的场效应晶体管，其中GeSn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GeSn源漏的MOSFET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GeSn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，在利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GeSn层之上形成的Sn薄膜。在本专利技术的一个示例中，利用对GeSn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GeSn层退火，退火温度为100-600℃。在本专利技术的一个示例中，所述GeSn层为应变GeSn层。在本专利技术的一个示例中，所述应变GeSn层的厚度为0.5-100nm。在本专利技术的一个示例中，所述应变GeSn层中Sn的原子百分含量小于20%。在本专利技术的一个示例中，所述顶部具有Ge层的衬底包括：纯Ge衬底、绝缘体上Ge衬底、具有Ge表面的Si衬底。为实现上述目的，根据本专利技术实施例的具有GeSn源漏的MOSFET，包括：衬底；形成在衬底的顶部的Ge沟道；形成在所述Ge沟道两侧的GeSn源漏；以及形成在所述Ge沟道之上的栅堆叠结构。根据本专利技术实施例的具有GeSn源漏的MOSFET，具有电学性能好的优点。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术第一实施例的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法的流程图；图2（a）至图2（d）是图1所示的形成方法的具体过程示意图；图3是本专利技术第二实施例的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法的流程图；图4（a）至图4（e）是图3所示的形成方法的具体过程示意图。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。根据本专利技术第一实施例的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法采用先栅工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供顶部具有Ge层的衬底；在所述衬底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Ge层；向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，在所述开口位置形成GeSn层。

【技术特征摘要】
1.一种具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供顶部具有Ge层的衬底；
在所述衬底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Ge层；
向所述Ge层表层注入含有Sn元素的原子、分子、离子或等离子体，在所述开口位置
形成GeSn层。
2.如权利要求1所述的具有GeSn源漏的MOSFET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GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，还
包括：
在形成所述GeSn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GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，
所述注入的方法包括离子注入。
5.如权利要求4所述的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，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。
6.如权利要求1-3任一项所述的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，
所述注入的方法包括磁控溅射。
7.如权利要求6所述的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，在利用
所述磁控溅射注入的过程中，在所述衬底上加载负偏压。
8.如权利要求6或7所述的具有GeSn源漏的MOSFET的形成方法，其特征在于，还
包括：去除所述磁控...

【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：