基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法，其中制备方法包括：选取Si衬底；在Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；采用激光再晶化工艺晶化Ge外延层并刻蚀保护层；在Ge外延层表面生长GeSn外延层；在GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻栅介质层与栅极材料层；制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；激活源区和漏区完成隧穿场效应晶体管的制备；本发明专利技术提供的基于LRC工艺的GeSn隧穿晶体管，较于传统MOS器件，该结构亚阈效应小，可以解决短沟效应；从而提高了TFET器件的电流驱动与频率特性。

【技术实现步骤摘要】
基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法
本专利技术属半导体器件
，特别涉及一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸的不断减小，尤其是进入纳米尺寸之后，器件中的短沟效应等负面效应对器件泄露电流、亚阈特性、开态/关态电流等性能的影响越来越突出，电路速度和功耗的矛盾也将愈加严重。针对这一问题，目前已提出较为有效的办法是可以通过采用低亚阈值摆幅的新型器件隧穿场效应晶体管(TunnelingField-EffectTransistor,TFET)取代传统的金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor,MOSFET)来减小短沟道效应的影响。TFET是一种PIN结构的晶体管，它基于载流子的量子隧穿效应工作，并且可以通过器件优化，使得隧穿晶体管的亚阈值摆幅在室温里降到60mV/dec以下。但是由于隧穿晶体管的开态电流较小，使其电路性能不足，应用受限。因此选择何种材料及工艺制备高质量的TFET变的尤为重要。
技术实现思路
为了提高现有TFET的性能，本专利技术提供了一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法；本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术的实施例提供了一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管的制备方法，包括：(a)选取Si衬底；(b)在所述Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；(c)采用激光再晶化工艺晶化所述Ge外延层形成Ge虚衬底，刻蚀所述保护层；(d)在所述Ge虚衬底表面生长GeSn外延层；(e)在所述GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻所述栅介质层与栅极材料层；(f)制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；(g)激活所述源区和所述漏区以完成所述隧穿场效应晶体管的制备。其中，激光再晶化工艺(LRC工艺)是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。在本专利技术的一个实施例中，所述Si衬底为掺杂浓度为5×1018cm-3的P型单晶Si。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)采用化学气相沉积(ChemicalVaporDeposition,CVD)工艺在所述Si衬底表面生长P型掺杂的所述Ge外延层，所述Ge外延层厚度为200～300nm；(b2)采用CVD工艺在所述Ge外延层表面生长所述保护层，所述保护层为厚度100～150nm的SiO2。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)将包括所述Si衬底、所述Ge外延层及所述保护层的整个衬底材料加热至700℃，采用激光再晶化工艺晶化所述整个衬底材料；(c2)自然冷却所述整个衬底材料；(c3)采用干法刻蚀工艺刻蚀所述保护层，形成所述Ge虚衬底。其中，所述激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d)包括：(d1)在H2氛围中350℃以下，利用SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源，GeH4/SnCl4气体流量比为6.14～6.18，在所述Ge虚衬底表面生长厚度为146nm厚的无掺杂的GeSn区域；(d2)采用离子注入工艺，对所述GeSn区域注入8×1016cm-3的BF2+，形成P型掺杂的所述GeSn外延层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)包括：(e1)在所述GeSn外延层表面依次生长厚度为0.7nm的高k栅介质层与栅极材料层；(e2)利用光刻工艺，刻蚀掉指定区域的所述栅介质层与栅极材料层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(f)包括：(f1)在所述GeSn外延层和所述栅极材料层表面淀积光刻胶并光刻出源区图形；(f2)采用离子注入工艺，对所述GeSn外延层注入BF2+形成P型掺杂的所述源区；并去除光刻胶；(f3)在所述P型掺杂的GeSn外延层和所述栅极材料层表面淀积光刻胶并光刻出漏区图形；(f4)采用离子注入工艺，对所述P型掺杂的GeSn外延层注入P+形成N型掺杂的所述漏区；并去除光刻胶。其中，注入BF2+的能量为35keV，剂量为1×1019cm-2；注入P+的能量为8KeV，剂量为2×1018cm-2。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术采用的激光晶化工艺，具有Ge外延层晶体质量高，工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低等优点；2)本专利技术通过连续激光辅助晶化Ge外延层，可有效降低Ge虚衬底的位错密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升Ge虚衬底的质量从而得到更高质量的GeSn外延层，为高性能TFET的制备提供物质基础；3)本专利技术提供基于LRC工艺的GeSn隧穿晶体管，较于传统MOS器件，该结构亚阈效应小，可以解决短沟效应；相对于传统Si材料，GeSn材料的载流子迁移率提高了数倍，而且通过对Sn组分的调节使间接带隙材料转化为直接带隙材料，增加载流子隧穿几率，从而提高了TFET器件的电流驱动与频率特性。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管制备方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图；图3a-图3k为本专利技术实施例的一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管制备方法示意图；图4为本专利技术实施例的一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管制备方法流程图，其中，制备方法包括：(a)选取Si衬底；(b)在Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；(c)采用激光再晶化工艺晶化Ge外延层形成Ge虚衬底，刻蚀保护层；(d)在Ge虚衬底表面生长GeSn外延层；(e)在GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻栅介质层与栅极材料层；(f)制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；(g)激活源区和漏区以完成隧穿场效应晶体管的制备。图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图，LRC工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。其中，步骤(b)可以包括：(b1)采用CVD工艺在Si衬底表面生长P型掺杂的Ge外延层，Ge外延层厚度为200～300nm；(b2)采用CVD工艺在Ge外延层表面生长保护层，保护层为厚度100～150nm的SiO2。优选地，步骤(c)可以包括：(c1)将包括Si衬底、Ge外延层及保护层的整个衬底材料加热至700℃，采用激光再晶化工艺晶化整个衬底材料；(c2)自然冷却整个衬底材料；(c3)采用干法刻蚀工艺刻蚀保护层，形成Ge虚衬底。其中，激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s。优选地，步骤(d)可以包括：(d1)在H2氛围中350℃以下，利用SnCl4和Ge本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取Si衬底；(b)在所述Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；(c)采用激光再晶化工艺晶化所述Ge外延层形成Ge虚衬底，刻蚀所述保护层；(d)在所述Ge虚衬底表面生长GeSn外延层；(e)在所述GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻所述栅介质层与栅极材料层；(f)制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；(g)激活所述源区和所述漏区以完成所述隧穿场效应晶体管的制备。

【技术特征摘要】
1.一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取Si衬底；(b)在所述Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；(c)采用激光再晶化工艺晶化所述Ge外延层形成Ge虚衬底，刻蚀所述保护层；(d)在所述Ge虚衬底表面生长GeSn外延层；(e)在所述GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻所述栅介质层与栅极材料层；(f)制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；(g)激活所述源区和所述漏区以完成所述隧穿场效应晶体管的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Si衬底为掺杂浓度为5×1018cm-3的P型单晶Si。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)包括：(b1)采用CVD工艺在所述Si衬底表面生长P型掺杂的所述Ge外延层，所述Ge外延层厚度为200～300nm；(b2)采用CVD工艺在所述Ge外延层表面生长所述保护层，所述保护层为厚度100～150nm的SiO2。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)包括：(c1)将包括所述Si衬底、所述Ge外延层及所述保护层的整个衬底材料加热至700℃，采用激光再晶化工艺晶化所述整个衬底材料；(c2)自然冷却所述整个衬底材料；(c3)采用干法刻蚀工艺刻蚀所述保护层，形成所述Ge虚衬底。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm...

【专利技术属性】
技术研发人员：张捷，
申请(专利权)人：西安科锐盛创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61