双轴张应变GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管制造技术

一种带有双轴张应变的GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，具有一GeSn沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜和一栅电极；所述源极或者漏极通过外延生长或者键合方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、GeSn沟道和漏极形成竖直器件结构；所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn沟道上，所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上；所述源极或漏极材料的晶格常数比GeSn沟道晶格常数大。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种带有双轴张应变的GeSnn沟道MOSFET。该MOSFET(10)包括衬底（101）、源极和漏极（102,103）、GeSn沟道（104）、绝缘介电质薄膜（105）以及栅电极（106）。源漏区域材料的晶格常数比GeSn沟道材料的晶格常数大，GeSn沟道形成XY面内的双轴张应变。这种应变有利于沟道GeSn材料由间接带隙结构变为直接带隙结构，电子迁移率大大提高，从而提高MOSFET性能。【专利说明】双轴张应变GeSn η沟道金属氧化物半导体场效应晶体管
本专利技术涉及一种双轴张应变GeSnn 沟道 MOSFET (Metal-oxi de-semi conductorField-effect Transistor:金属氧化物半导体场效应晶体管)。
技术介绍
随着集成电路技术的深入发展，晶圆尺寸的提高以及芯片特征尺寸的缩小可以满足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系统集成化的要求。根据国际半导体技术蓝图(International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS)的预测，当集成电路技术节点到10纳米以下的时候，应变Si材料已经不能满足需要，要引入高载流子迁移率材料MOSFET来提升芯片性能。理论和实验显示GeSn具有比纯Ge材料更高的载流子迁移率。理论计算显示通过调节Sn组分和GeSn的应变,可以把间接带隙结构GeSn转变成直接带隙结构，这样导电电子由L能谷电子变成了 能谷的电子，导电电子的有效质量大大降低，从而电子迁移率大大提高(Physical Review B, vol.75，pp.045208，2007)。 对于弛豫的GeSn材料，当Sn的组分达到6.5%~11%的时候,GeSn就会变成直接带隙(Journal of Applied Physics, 113,073707, 2013 以及其中的参考文献)。但是，Sn 在Ge中的固溶度(〈1%)很低，使得制备高质量、无缺陷的GeSn的工作很难。现在用外延生长的方法可制备出 Sn 组分达到 20% 的 GeSn 材料。但是随着Sn组分的增加，材料质量和热稳定型都会变差，因此单纯依靠提高Sn的组分实现直接带隙GeSn材料，比较困难。理论计算显示，在GeSn中引入双轴张应变有利于从间接带隙到直接带隙的转变，即在比较低的Sn组分就可以变成直接带隙材料(Applied PhysicsLetters, 98, 011111, 2011)。为实现双轴张应变GeSn，可以在晶格常数比较大的衬底材料上生长GeSn外延层，衬底材料可以是II1-V族材料，或者Sn组分更高的GeSn材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种双轴张应变GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的结构。其中源漏区域的晶格常数比沟道材料的晶格常数大，由此对沟道形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内形成双轴张应变。这种应变状态有利于GeSn材料从间接带隙变成直接带隙,从而实现高的电子迁移率。本专利技术用以实现上述目的的技术方案如下:本专利技术所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管具有一 GeSn沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜、一栅电极。所述源极(或者漏极)通过外延生长或者键合方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、沟道和漏极形成竖直器件结构。所述绝缘介电质薄膜环绕生长在沟道上，所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上。所述源极(或者漏极)的材料晶格常数比GeSn沟道晶格常数大。本专利技术的优点分析如下:由于本专利技术的沟道为单晶GeSn，其中源漏区域的晶格常数比沟道材料的晶格常数大，由此对沟道形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内形成双轴张应变。这种应变状态有利于GeSn材料从间接带隙变成直接带隙，从而实现高的电子迁移率。【专利附图】【附图说明】图1为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET示意图。图2为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET制造的第一步。图3为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET制造的第二步。图4为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET制造的第三步。图5为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET制造的第四步。【具体实施方式】为了更为清晰地了解本专利技术的技术实质，以下结合附图和实施例详细说明本专利技术的结构和工艺实现:图1为双轴张应变GeSnn沟道MOSFET (10)的示意图。其结构包括衬底(101 )、源极和漏极(102，103)、GeSn沟道(104)、沟道上的绝缘介电质薄膜(104)，绝缘介电质薄膜上覆盖一层柵电极(105)。它们的结构关系为:在衬底101上通过外延或者键合的方式形成源极102(或者漏极103)，沟道101上外延生长漏极103(或者源极102)，绝缘介电质薄膜104环绕生长在沟道101的上，栅电极105覆盖在绝缘介电质薄膜上。其中GeSn沟道101的材料通式为Gei_xSnx(0≤x≤0.25)，如可以选用Gea 947Snatl53(参考文献 Proc.1EEE Intl.Electron Devices Meeting, 2011, pp.16.7.1-16.7.3)0 源极102和漏极103的材料为弛豫的单晶半导体材料，通式为Gei_ySny，(x〈y)，如可选用含Sn组分为 10% 的 Ge0.9Sn0.1。参见图2-图5，为双轴张应变GeSnn沟道M0SFET10的制造过程:第一步如图2所示，在衬底101上形成弛豫的单晶Gei_ySny材料作源极。第二步如图3所示,在源极材料依次生长GepxSnx(XO)沟道和漏极材料Ge^Sriy。第三步如图4所示，利用光刻和刻蚀的办法形成竖直器件结构。第四步如图5所示，在沟道上面形成绝缘介电质薄膜104和栅电极105。虽然本专利技术已以实例公开如上，然其并非用以限定本专利技术，本专利技术的保护范围当视权利要求为准。本专利技术并不局限于上述实施方式，如果对专利技术的各种改动或变形不脱离本专利技术的精神和范围，倘若这些改动和变形属于本专利技术的权利要求和等同技术范围之内，则本专利技术也意图包含这些改动和变形。【权利要求】1.一种带有双轴张应变的GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，具有一 GeSn沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜和一栅电极； 所述源极或者漏极通过外延生长或者键合方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、GeSn沟道和漏极形成竖直器件结构； 所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn沟道上，所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上； 所述源极或漏极材料的晶格常数比GeSn沟道晶格常数大。2.如权利要求1所述的带有双轴张应变的GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述沟道GeSn材料的通式为Ge^Snx (O ^ x ^ 0.25)。3.如权利要求2所述的带有双轴张应变的GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，所述源极和漏极材料为单晶Ge`Sn，通式为Gei_ySny (O ^ y ^ 0.25，x〈y)。【文档编号】H01L29/10GK103730507SQ201310752794【公开日】2014年4月16日 申请日期:本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带有双轴张应变的GeSnn沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，其特征在于，具有一GeSn沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜和一栅电极；所述源极或者漏极通过外延生长或者键合方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、GeSn沟道和漏极形成竖直器件结构；所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn沟道上，所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上；所述源极或漏极材料的晶格常数比GeSn沟道晶格常数大。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：韩根全，刘艳，刘明山，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：