具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺tfet及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體集成電路技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]集成電路(Integrated Circuit,簡稱IC)技術(shù)遵循“Moore定律”的發(fā)展進(jìn)入了納米尺度，來自短溝道效應(yīng)、寄生效應(yīng)以及量子隧穿等問題的挑戰(zhàn)使得傳統(tǒng)的微電子器件技術(shù)越來越難以滿足IC技術(shù)持續(xù)發(fā)展的要求，特別是日益嚴(yán)重的功耗問題，已經(jīng)成為延續(xù)“Moore定律”的最大瓶頸。
[0003]隧穿場效應(yīng)晶體管(TunnelingField Effect Transistor,簡稱 TFET)米用帶帶隧穿物理機(jī)制，使其亞閾擺幅不受傳統(tǒng)MOSFET亞閾擺幅極限值KT/q的限制，并且具有關(guān)態(tài)電流小，頻率特性好以及靜態(tài)功耗低等優(yōu)勢，被認(rèn)為是延續(xù)“Moore定律”的重要途徑。
[0004]但是，目前硅基TFET面臨著驅(qū)動電流小以及亞閾值斜率相對于理論值退化的問題，使其應(yīng)用受到了限制。因此，提高其驅(qū)動電流及獲得超低的亞閾值斜率成為TFET亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有硅基TFET器件驅(qū)動電流小以及亞閾值斜率相對于理論值退化的問題，本發(fā)明提出一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET及制備方法。該器件可有效提高器件的驅(qū)動電流以及降低亞閾斜率，同時能有效的抑制雙向?qū)ㄌ匦浴?br>[0006]本發(fā)明提出的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。該TFET器件與傳統(tǒng)TFET器件結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是其襯底材料為絕緣層上張應(yīng)變鍺。通過引入雙軸張應(yīng)變，鍺材料實現(xiàn)從間接帶隙半導(dǎo)體材料向直接帶隙半導(dǎo)體材料的轉(zhuǎn)變，同時鍺材料中電子和空穴的迀移率隨著張應(yīng)力的增大而提高，有助于發(fā)生直接量子隧穿，可有效提高TFET器件的驅(qū)動電流及開關(guān)速度。
[0007]具體地，本發(fā)明實施例提出的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法，包括步驟:
(a)制備絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底；所述襯底從下而上依次包括底層硅層、氧化埋層及頂層張應(yīng)變鍺層；
(b)在所述襯底上采用刻蝕工藝形成淺溝槽隔離；
(C)在所述襯底上表面采用光刻工藝形成漏區(qū)圖形并采用帶膠離子注入工藝在所述襯底上形成漏區(qū)；
(d)在所述襯底上采用干法刻蝕工藝形成源區(qū)溝槽；
(e)在所述源區(qū)溝槽內(nèi)淀積鍺材料，并同時進(jìn)行原位摻雜形成源區(qū)，且所述源區(qū)的摻雜濃度高于所述漏區(qū)的摻雜濃度；
(f)在所述襯底上表面形成柵界面層； (g)在所述柵界面層表面形成柵介質(zhì)層和前柵極層，采用干法刻蝕工藝形成前柵；在所述襯底下表面生長背柵極層，采用干法刻蝕工藝形成背柵；以及
(h)光刻引線窗口，淀積金屬，光刻引線，形成所述源區(qū)、所述漏區(qū)、所述前柵和所述背柵的金屬引線，最終形成具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET。
[0008]此外，本發(fā)明另一實施例提出的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET，由上述實施例的具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法制得。
[0009]本發(fā)明采用絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底形成TFET器件，充分利用雙軸張應(yīng)變可促使鍺材料從間接帶隙半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體材料，及提高鍺材料中電子和空穴的迀移率，有助于發(fā)生直接量子隧穿，可有效提高驅(qū)動電流及開關(guān)速度；在漏區(qū)通過帶膠離子注入工藝制備，充分利用了雜質(zhì)在張應(yīng)變鍺材料中擴(kuò)散較快的特性，有助于形成緩變摻雜濃度梯度的本征區(qū)/漏區(qū)結(jié)，可有效抑制TFET中的雙極效應(yīng)；源區(qū)通過刻蝕溝槽并選擇性外延淀積填充的工藝制備，能夠精確限定的隧穿結(jié)面積，同時采用原位摻雜，解決了難以在張應(yīng)變鍺中形成激活的高摻雜源區(qū)的缺陷，且有助于形成陡峭摻雜濃度梯度的隧穿結(jié)和摻雜均勻的源區(qū)，可有效的提高器件驅(qū)動電流及降低亞閾斜率；
由上可知，本發(fā)明實施例制備的具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET，采用絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底形成TFET器件，充分利用雙軸張應(yīng)變可促使鍺材料從間接帶隙半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體材料，及提高鍺材料中電子和空穴的迀移率，有助于發(fā)生直接量子隧穿，可有效提高驅(qū)動電流及開關(guān)速度；其漏區(qū)通過帶膠離子注入工藝制備，該工藝充分利用了雜質(zhì)在張應(yīng)變鍺材料中擴(kuò)散較快的特性，有助于形成緩變摻雜濃度梯度的本征區(qū)/漏區(qū)結(jié)，可有效抑制TFET中的雙極效應(yīng)；其源區(qū)通過刻蝕溝槽并用選擇性外延淀積填充的工藝制備，該工藝能夠提供精確限定的隧穿結(jié)面積，同時采用原位摻雜，解決了難以在張應(yīng)變鍺中形成激活的高摻雜源區(qū)的缺陷，且有助于形成具有陡峭摻雜濃度梯度的隧穿結(jié)和摻雜均勻的源區(qū)，可有效的提高器件驅(qū)動電流以及降低亞閾斜率。另外，本發(fā)明制備的具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET采用全耗盡絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底、雙柵結(jié)構(gòu)、高K柵界面層、高K柵介質(zhì)層、限定的源區(qū)和漏區(qū)摻雜等方法，可進(jìn)一步提高器件的性能，有望在低功耗領(lǐng)域得到采用，有較高的實用價值。
[0010]通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因為其應(yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。
【附圖說明】
[0011]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0012]圖1為本發(fā)明實施例的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法流程圖；
圖2a-圖2h為本發(fā)明實施例的另一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法示意圖；
圖3為本發(fā)明實施例的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法流程示意圖；以及圖4為本發(fā)明實施例的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的器件結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】做詳細(xì)的說明。
[0014]實施例一
請參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例的一種具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET的制備方法流程圖，該制備方法包括如下步驟:
(a)制備絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底；襯底從下而上依次包括底層硅層、氧化埋層及頂層張應(yīng)變鍺層；
(b)在襯底上采用刻蝕工藝形成淺溝槽隔離；
(C)在襯底上表面采用光刻工藝形成漏區(qū)圖形并采用帶膠離子注入工藝在襯底上形成漏區(qū)；
(d)在襯底上采用干法刻蝕工藝形成源區(qū)溝槽；
(e)在源區(qū)溝槽內(nèi)淀積鍺材料，并同時進(jìn)行原位摻雜形成源區(qū)，且源區(qū)的摻雜濃度高于漏區(qū)的摻雜濃度；
(f)在襯底上表面形成柵界面層；
(g)在柵界面層表面形成柵介質(zhì)層和前柵極層，采用干法刻蝕工藝形成前柵；在襯底下表面生長背柵極層，采用干法刻蝕工藝形成背柵；以及
(h)光刻引線窗口，淀積金屬，光刻引線，形成源區(qū)、漏區(qū)、前柵和背柵的金屬引線，最終形成具有突變隧穿結(jié)的絕緣層上張應(yīng)變鍺TFET。
[0015]對于步驟(a)，可以包括如下步驟:
(al)在一 GaAs襯底上依次外延生長In組分漸變的InxGa1 xAs層、In組分固定的InyGa1 yAs層及張應(yīng)變鍺層；
(a2)向張應(yīng)變鍺層表面注入一定劑量的H離子，并與表面包括氧化層的另一硅基片進(jìn)行鍵合，剝離處理，以在另一硅基片上依次形成包括氧化層、張應(yīng)變鍺層及In組分固定的InyGa1 yAs 層；
(a3)去除另一硅基片上的In組分固定的InyGa1 yAs層及部分張應(yīng)變鍺層形成絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底。
[0016]采用絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底的原因在于，通過引入雙軸張應(yīng)變，鍺材料實現(xiàn)從間接帶隙半導(dǎo)體材料向直接帶隙半導(dǎo)體材料的轉(zhuǎn)變，可發(fā)生直接量子隧穿，隧穿幾率大幅提高，同時鍺材料中電子和空穴的迀移率隨著應(yīng)力的增大而提高，有利于提高TFET的驅(qū)動電流及開關(guān)速度；另外，絕緣層上張應(yīng)變鍺襯底形成的半導(dǎo)體器件具有功耗低、速度高、集成密度高、抗干擾能力強(qiáng)、抗輻照能力強(qiáng)、工藝簡單等優(yōu)點，可為TFET在低功耗領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有利的條件。
[0017]對于步驟(b)，可以包括如下步驟:
(bl)在襯底上表面形成保護(hù)層。
[0018](b2)利用光刻工藝在保護(hù)層表面形成隔離區(qū)圖形。
[0019](b3)利用干法刻蝕工藝在隔離區(qū)圖形的指定位置處刻蝕保護(hù)層及襯底的頂層張應(yīng)變鍺層以形成淺溝槽隔離槽。
[0020](b4)淀積二氧化硅(S12)材料填充淺槽隔離槽，形成淺溝槽隔離。其中，該淺溝槽隔離是由淺槽隔離(shallow trench isolat1n,簡稱STI)工藝技術(shù)實現(xiàn)的溝槽隔離。
[0021]其中，該保護(hù)層包括二氧化硅(S12)層和氮化硅(Si3N4)層；則保護(hù)層的形成包括:在襯底上表面淀積二氧化硅(S12)層；在氧化硅(S12)層表面淀積氮化硅(Si3N4)以形成氮化硅(