[发明专利]压应变GeSnp沟道金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种双轴压应变GeSn p沟道 MOSFET（Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor：金属氧化物半导体场效应晶体管）。

背景技术

随着集成电路技术的快速及深入发展，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）2012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。纯Ge材料具有比Si更高的空穴迁移率，当在Ge沟道引入双轴压应变后，空穴迁移率会进一步的提高（International Electron Devices Meeting, pp.150-153, 2010）。

双轴压应变GeSn具有比纯Ge材料更高的空穴迁移率，是制备p沟道MOSFET器件的理想材料（International Electron Devices Meeting, pp.402-403, 2011；International Electron Devices Meeting, pp.375-378, 2012）。实验和理论都证明在GeSn沟道在引入的压应变越大，器件的空穴迁移率就越高，器件电学性能就越好（IEEE Electron Device Letters, vol. 34, no.7, pp.831-833, 2013；Physical Review B, vol. 75, no. 4, pp. 045208, 2007）。

目前报道的压应变GeSn p沟道MOSFET器件都是GeSn沟道生长在Ge衬底或者Ge缓冲层上面，提高GeSn沟道压应变的方法就是提高Sn的组分。但是Sn组分太高就会引起GeSn材料热稳定性变差，易出现Sn原子的偏析。提高GeSn沟道压应变的另外一个方法就是减小GeSn沟道下面缓冲层的晶格常数。利用外延生长的技术，在弛豫SiGeSn缓冲层上面生长高压应变的GeSn沟道。弛豫SiGeSn缓冲层可以通过外延生长在衬底上或者键合的技术键合在衬底上面。如果Sn的组分为0，弛豫缓冲层就是SiGe，其通式为Si_1-xGe_x（0≤x<1）。SiGe晶格常数可以通过减小Ge组分而减小，而弛豫SiGe在Si衬底上面的外延生长技术已经非常成熟（Journal of Applied Physics, v.90, no.6, pp.2730, 2001; Materials Science in Semiconductor Processing, v.8, pp.149-153, 2005）。对于SiGeSn缓冲层，通式为Si_1-x-yGe_xSn_y （0≤x<1, 0≤y < 0.30）。可以通过降低Ge和Sn的组分减小SiGeSn缓冲层的晶格常数。目前，已经有报道在Si衬底上外延生长弛豫SiGeSn缓冲层（Applied, Physics, Letters, v.103, pp.072111, 2013）。

发明内容

本发明的目的是提出一种压应变GeSn p沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构。其中弛豫SiGeSn缓冲层的晶格常数比GeSn沟道晶格常数小，在平行沟道的平面内形成双轴压应变。这种应变状态有利于提高GeSn沟道空穴迁移率，提高器件电学性能。

本发明所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管具有：

一衬底；

一弛豫SiGeSn缓冲层，位于衬底上；

一GeSn沟道，位于所述 SiGeSn层上；

一栅电极绝缘介电质层，位于沟道上；

一栅电极，位于所述栅电极绝缘介电质层上。

一源极与一漏极，分别位于所述栅电极的两侧；

所述弛豫SiGeSn缓冲层晶格常数比GeSn沟道层晶格常数小。

 本发明MOSFET中，由于弛豫SiGeSn缓冲层的晶格常数比GeSn沟道晶格常数小，由此在平行沟道的平面内形成双轴压应变，这种应变状态有利于提高GeSn沟道空穴迁移率，提高器件电学性能。

附图说明