[发明专利]一种InP反型n沟道场效应管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微电子技术领域，具体涉及一种InP反型n沟道场效应管（nMOSFET）及其制备方法。

背景技术

基于Si的互补型金属氧化物半导体（CMOS）器件随着摩尔定律按比例缩小已经接近其物理极限。如果进一步缩小器件的尺寸，薄的栅介质层会发生电流隧穿现象，高到难以接受的水平，而使器件无法正常工作。为了进一步提升器件的性能，必须采用新的具有高迁移率的半导体材料来取代传统的Si沟道层。III-V半导体材料，如GaAs、In_xGa_1-xAs、InP、InAs等，由于较高的电子传输性能已经引起了广泛的关注。III-V材料有着较高的电子迁移率和低电场下的漂移速度，使得III-V器件可以高速且低功耗的工作。 

在众多的III-V半导体材料中，InP是一种广泛应用于电子、光电子和光学器件的化合物半导体材料。它的禁带宽度为1.34 eV，比富In的In_xGa_1-xAs的要宽。相比于GaAs，研究认为在InP表面较少出现费米能级钉扎效应而同时其材料的电子饱和位移速率又比较大——2.5×10⁷ cm/s。

在以前的研究报道里，一般对InP MOSFET的研究，主要是在InP（100）晶向衬底上制备而成。栅介质无论是化学气相淀积（CVD）的Al₂O₃还是热氧化的SiO₂，InP（100） MOSFETs在室温下1000 s后漏电流漂移均达到了90%以上，严重地影响了器件的正常工作。通常认为这种严重的电流漂移特性是由InP（100）本征氧化物里大量的边界陷阱以及栅介质氧化物与InP（100）半导体之间的界面陷阱造成的。因此，如果采用一种较少界面缺陷的InP衬底，同时能够实现在其上生长一种高质量、热稳定性的高介电常数（high-k）的栅介质材料，通过适当的半导体表面处理方法，改善high-k与InP之间的界面特性，从而得到具有优异电学特性的InP基MOSFET器件。那么，在未来的高速逻辑电路中，InP将会是一种非常重要的晶体管沟道材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电流性能突出的InP反型n沟道场效应管（nMOSFET）及其制备方法。

本发明提供的InP反型n沟道场效应管，采用（111）A晶向的InP作为半导体衬底，金属Ni/Ge/Au的混合物薄膜作为栅漏源电极，采用原子层淀积技术（ALD）生长的高介电常数的Al₂O₃薄膜作为栅介质材料，然后制成InP 反型nMOSFET。采用（111）A晶向的InP作为半导体衬底，其与Al₂O₃栅介质的界面明显比（100）晶向的要平滑，而且器件电学测试表明InP（111）A表面上有比较大的电子迁移率以及较大的漏电流。特别是在直流电压连续扫描激励下，InP 反型nMOSFET的饱和电流表现出近乎100%的稳定性——电流漂移几乎为“零”。

本发明提出的以ALD Al₂O₃为栅介质的InP（111）A nMOSFET的制备方法，具体步骤如下：

(1)首先用稀释的HCl溶液InP（111）A圆片5~10 min，以去除表面的本征氧化物；

(2)温度为150~300 °C时，使用三甲基铝（TMA）和水的交替的脉冲前驱物组合，在InP（111）A衬底上淀积一层厚度为20~50 nm的Al₂O₃作为表面覆盖层；

(3)透过Al₂O₃覆盖层， 使用Si离子选择性注入形成源、漏区域；

(4)在温度为700~800 °C的氮气中经过15~30 s快速热退火处理，激活源、漏区注入的离子；

(5)用缓冲氧化层刻蚀方法去除覆盖层Al₂O₃； 

(6)在硫化氨溶液里浸泡5~10分钟，形成一层表面含S的钝化层；

(7)在温度为150~300 °C的条件下，使用三甲基铝（Al(CH₃)₃，TMA）和水的交替的脉冲前驱物组合，再用ALD生长厚度为3~10 nm的Al₂O₃栅介质层；