基于SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFET，可用于制作大規(guī)模集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的進(jìn)一步發(fā)展，芯片特征尺寸的進(jìn)一步縮小，單個(gè)芯片上集成的器件數(shù)目的進(jìn)一步增多，功耗越來(lái)越受到人們的關(guān)注。根據(jù)ITRS數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)特征尺寸縮小到32nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，功耗會(huì)是預(yù)計(jì)趨勢(shì)的8倍，即隨著特征尺寸的逐步縮小，傳統(tǒng)的MOS器件就功耗方面將不能滿足需求。另外，場(chǎng)效應(yīng)晶體管MOSFET尺寸的減小面臨著室溫下亞閾值斜率最小為60mV/deCade的限制。基于量子隧穿效應(yīng)的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管TFET與MOSFET相比，沒(méi)有亞閾值斜率最小為eOmv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。因此，如何提高隧穿幾率、增大隧穿電流成為TFET研究的重點(diǎn)。理論和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明II型異質(zhì)結(jié)TFET比同質(zhì)結(jié)TFET具有更高的隧穿電流及器件性能。
[0003]目前，用于隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體材料主要是II1-V族材料，由于其具有較高的電子迀移率，且材料來(lái)源相對(duì)豐富，容易實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)，已經(jīng)成功制備了許多高性能器件。這種II1-V族材料存在三方面的缺點(diǎn)，一是污染環(huán)境，二是成本非常高，三是與Si基技術(shù)不兼容。
[0004]為了解決II1-V族材料的不足，近年來(lái)由各國(guó)科學(xué)家開(kāi)始對(duì)IV族材料體系在隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管方面的應(yīng)用進(jìn)行研究。IV族材料體系具有無(wú)毒、廉價(jià)、且易實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)，但是目前將IV族材料體系用于隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管僅限于S1、Ge材料，由于Si及SiGe為間接帶隙材料且?guī)遁^大，使得目前應(yīng)用IV族材料體系的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管與II1-V族材料相比，性能差距較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，根據(jù)IV族材料體系中GeSn、SiGeSn材料的特性，提供一種SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu)，減小帶隙寬度，降低隧穿勢(shì)皇，增大隧穿電流，提高器件的整體性能。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]理論研究和實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)材料組分的調(diào)節(jié)，無(wú)論是GeSn材料，還是SiGeSn材料都能夠由間接帶隙材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋恫牧?，根?jù)此原理本發(fā)明基于SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括:襯底、源極、溝道、漏極、絕緣介質(zhì)薄膜及柵電極，其特征在于:
[0008]所述源極和漏極，均采用通式為Si1 y ,GeySnz^ SiGeSn復(fù)合材料，其中y為Ge的組分，z為Sn的組分，且0.1彡z彡0.2，0.2彡y彡0.5 ;
[0009]所述溝道，采用通式為Ge1 xSn:^ GeSn單晶材料，其中x為Sn的組分，且0.05 ^ X ^ 0.12 ；
[0010]所述源極、溝道和漏極，在襯底上依次由下至上豎直分布，在源極與溝道的接觸處形成II型異質(zhì)隧穿結(jié)，所述絕緣介質(zhì)薄膜和柵電極設(shè)置在溝道的外圍。
[0011]本發(fā)明制作上述基于SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括如下步驟:
[0012]I)利用分子束外延工藝，在襯底上生長(zhǎng)Ge組分為0.2?0.5，Sn組分為0.1?0.2的SiGeSn復(fù)合材料，形成源極層；
[0013]2)利用分子束外延工藝，在源極層上生長(zhǎng)Sn組分為0.05?0.12的單晶GeSn材料，形成溝道層；
[0014]3)利用分子束外延工藝，在溝道層上生長(zhǎng)Ge組分為0.2?0.5，Sn組分為0.1?0.2的SiGeSn復(fù)合材料，形成漏極層；
[0015]4)利用刻蝕工藝，將源極層、溝道層和漏極層四周多余部分刻蝕掉，在中間形成源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)的豎直分布結(jié)構(gòu)；
[0016]5)對(duì)源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)分別進(jìn)行離子注入，即在源極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的B元素，形成P +摻雜的源極；在溝道區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為115Cm 3的B元素，形成P摻雜的溝道；在漏極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為10 19cm 3的P元素，形成N+摻雜漏極；
[0017]6)利用原子層淀積工藝，在240?260°C的溫度環(huán)境下，在溝道四周環(huán)繞依次淀積絕緣介質(zhì)薄膜和柵電極。
[0018]本發(fā)明的具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明由于源極采用SiGeSn單晶材料，溝道采用GeSn單晶材料，使得源極與溝道接觸形成所形成的II型異質(zhì)結(jié)，減小了隧穿勢(shì)皇，增大了隧穿幾率和隧穿電流，進(jìn)而提升了隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的整體性能。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]參照?qǐng)D1，本發(fā)明基于SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:襯底1、源極2、溝道3、漏極4、絕緣介質(zhì)薄膜5及柵電極6，其中源極2、溝道3、漏極4由下而上豎直分布于襯底I上，絕緣介質(zhì)薄膜5環(huán)繞包裹于溝道3四周，柵電極6環(huán)繞包裹于絕緣介質(zhì)薄膜5四周。
[0024]所述源極2和漏極4均采用通式為Si1 y ,GeySnz^ SiGeSn復(fù)合材料，其中y為Ge組分，z為Sn組分，0.1彡z彡0.2，0.2彡y彡0.5。
[0025]所述溝道3采用通式為Ge1 單晶GeSn材料，其中x為Sn的組分，
0.05 彡 X 彡 0.12。
[0026]參照?qǐng)D2，本發(fā)明制作基于SiGeSn-GeSn材料的II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，給出如下三種實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1:制作基于Sia47Gea33SnQ.2Q-GeQ.92Sna(^^i|^ II型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0028]步驟1:外延源極層
[0029]利用分子束外延工藝，在Ge襯底I上，以固體S1、Ge和Sn作為蒸發(fā)源，在壓強(qiáng)為10 4pa，溫度為180°C的條件下，生長(zhǎng)Ge組分為0.33、Sn組分為0.20的SiGeSn復(fù)合材料，形成源極層，如圖2a ；
[0030]步驟2:外延溝道層
[0031]利用分子束外延工藝，在源極層上，以固體Ge和Sn作為蒸發(fā)源，在壓強(qiáng)為10 4pa，溫度為180°C的條件下，生長(zhǎng)Sn組分為0.08的GeSn單晶，形成溝道層，如圖2b ;
[0032]步驟3:外延漏極層
[0033]利用分子束外延工藝，在溝道層上，以固體S1、Ge和Sn作為蒸發(fā)源，在壓強(qiáng)為10 4pa，溫度為180°C的條件下，生長(zhǎng)Ge組分為0.33、Sn組分為0.20的SiGeSn復(fù)合材料，形成漏極層如圖2c。
[0034]步驟4:刻蝕形成源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)
[0035]利用刻蝕工藝，采用氯基原子團(tuán)作為刻蝕劑，在光刻膠的掩蔽作用下，將源極層、溝道層和漏極層四周多余部分刻蝕，在中間形成自下而上的源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)豎直分布結(jié)構(gòu)，如圖2d。
[0036]步驟5:離子注入形成源極、溝道和漏極
[0037]在源極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的B元素，形成P +摻雜的源極2 ;
[0038]在溝道區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為115Cm 3的B元素，形成P摻雜的溝道3 ；
[0039]在漏極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的P元素，形成N+摻雜漏極4，如圖2θ ；
[0040]步驟6:淀積絕緣介質(zhì)薄膜和柵電極
[0041]利用原子層淀積工藝，在環(huán)境溫度為240°C的N2、O2氛圍下，先在溝道3四周環(huán)繞淀積絕緣介質(zhì)S12形成絕緣介質(zhì)薄膜5 ;再在