雙軸張應(yīng)變GeSn n溝道隧穿場效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶有雙軸張應(yīng)變的GeSnn溝道隧穿場效應(yīng)晶體管（10），其結(jié)構(gòu)包括襯底（101）、源極（102）、漏極（104）、GeSnn溝道（103）、絕緣介電質(zhì)薄膜（105）以及柵電極（106）。源極、n溝道、漏極形成豎直的器件結(jié)構(gòu)。源極區(qū)域材料的晶格常數(shù)比GeSnn溝道（103）晶格常數(shù)大。GeSnn溝道形成XY面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變，這種應(yīng)變有利于溝道GeSn從間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?，從而發(fā)生直接量子隧穿，隧穿電流增大，進(jìn)而提高器件性能。
【專利說明】雙軸張應(yīng)變GeSn η溝道隧穿場效應(yīng)晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種雙軸張應(yīng)變GeSn η溝道TFET (Tunne IingFi el d-effectTransistor:隧穿場效應(yīng)晶體管)。
【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，單個芯片上集成的器件數(shù)目的增多，功耗越來越成為人們所關(guān)注的問題。根據(jù)ITRS數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)特征尺寸縮小到32nm節(jié)點時，功耗會是預(yù)計趨勢的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(Nature, vol479, 329-337，2011)。另外，MOSFET尺寸的減小面臨著室溫下亞閾值斜率最小為eOmv/decade的限制。基于量子隧穿效應(yīng)的隧穿場效應(yīng)晶體管與MOSFET相比，沒有亞閾值斜率最小為60mv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。但如何增大隧穿幾率、增大隧穿電流成為TFET研究的重點。理論和實驗已經(jīng)證明直接隧穿比間接隧穿具有更大的隧穿幾率(Journal of applied physics 113,194507,2013)。
[0003]理論證實，當(dāng)Sn的組分達(dá)到6.5%"?1%時，弛豫的GnSn材料會轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?Journal of Applied Physicsll3, 073707，2013)。此時則會在源與溝道之間形成直接隧穿，有效的增大隧穿幾率，增大隧穿電流，提高器件的性能。但是，Sn組分的增加會使整個材料的質(zhì)量以及熱穩(wěn)定性變差，通過增加Sn的組分得到直接帶隙的GeSn是困難的。理論計算顯示，GeSn中引入雙軸張應(yīng)變有利于材料向直接帶隙的轉(zhuǎn)變。(Appl.Phys.Lett.，vol.98,n0.1,pp.011111-1-011111-3, 2011)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提出一種雙軸張應(yīng)變的GeSn η溝道的隧穿場效應(yīng)晶體管(TFET)的結(jié)構(gòu)。其中源極區(qū)域材料的晶格常數(shù)比溝道材料的晶格常數(shù)大，形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變。這種應(yīng)變有利于溝道GeSn由間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?，在源與溝道之間形成直接量子隧穿，增大隧穿幾率，從而增大隧穿電流，進(jìn)而提高器件性能。
[0005]為實現(xiàn)發(fā)明目的，本發(fā)明提出以下技術(shù)方案:
一種雙軸張應(yīng)變的GeSn n溝道的隧穿場效應(yīng)晶體管，其具有一 GeSn η溝道、一襯底、一源極、一漏極、一絕緣介電質(zhì)薄膜、一柵極。
[0006]所述源極是通過外延生長或是鍵合的方式生長在襯底上，其材料為弛豫的單晶半導(dǎo)體材料GeSn，源極、n溝道、漏極形成豎直的器件結(jié)構(gòu)；
所述絕緣介電質(zhì)薄膜環(huán)繞生長在GeSn n溝道上；
所述柵電極覆蓋在絕緣介電質(zhì)薄膜上；
所述源極材料的晶格常數(shù)比n溝道GeSn晶格常數(shù)大；形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變。
[0007]本發(fā)明的隧穿場效應(yīng)晶體管能夠在GeSn溝道形成XY面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變，這種應(yīng)變有利于η溝道GeSn從間接帶隙轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋?，從而發(fā)生直接量子隧穿，隧穿電流增大，進(jìn)而提聞器件性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1為GeSn n溝道TFET的XZ面剖面圖。
[0009]圖2為GeSn n溝道TFET制造的第一步。
[0010]圖3為GeSn n溝道TFET制造的第二步。
[0011]圖4為GeSn n溝道TFET制造的第三步。
[0012]圖5為GeSn n溝道TFET制造的第四步。
[0013]圖6為GeSn n溝道TFET制造的第六步。
【具體實施方式】
[0014]為了更為清晰地了解本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)，以下結(jié)合附圖和實施例詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工藝實現(xiàn):
參見圖1所示的雙軸張應(yīng)變GeSn η溝道隧穿場效應(yīng)晶體管，其包括:
一襯底101，材料為單晶Ge ；
一 η溝道103，材料為單晶GeSn，通式為Ge1^Snx (O≤y≤0.25)，如采用Gea95Sna05 ； 一源極102，材料為單晶GeSn，通式為Gei_,Sn, (OCr ≤ 0.25,jr>r)如可采用Gea9Snai 一絕緣介電質(zhì)薄膜105，生長在溝道上，如采用H-k (高k值)材料二氧化鉿HfO2;
一柵電極106，覆蓋在所述絕緣介電質(zhì)薄膜上；
一漏極104，材料為單晶Ge。
[0015]參見圖2-圖6，為雙軸張應(yīng)變GeSn n溝道TFET (10)的制造過程:
第一步，如圖2所示，在襯底101上外延生長一層弛豫的單晶材料作源極102 ；
第二步，如圖3所示，在源極102上生長n溝道103 ；
第三步，如圖4所示，在η溝道103上外延生長Ge漏極104 ；
第四步，如圖5所示，利用光刻或刻蝕形成豎直器件結(jié)構(gòu)；
第五步，如圖6所示，在η溝道上環(huán)繞生成絕緣介質(zhì)薄膜105和柵電極106。
[0016]雖然本發(fā)明已以實例公開如上，然其并非用以限定本分明，如果對發(fā)明的各種改動或變形不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這些改動和變形在本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變形，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種帶有雙軸張應(yīng)變的GeSn η溝道隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，具有一 GeSn η溝道、一襯底、一源極、一漏極、一絕緣介質(zhì)薄膜、一柵電極； 所述源極是通過外延生長或是鍵合的方式生長在襯底上，其材料為弛豫的單晶半導(dǎo)體材料GeSn，源極、η溝道、漏極形成豎直的器件結(jié)構(gòu)； 所述絕緣介電質(zhì)薄膜環(huán)繞生長在GeSn η溝道上； 所述柵電極覆蓋在絕緣介電質(zhì)薄膜上； 所述源極材料的晶格常數(shù)比η溝道GeSn晶格常數(shù)大；形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變。
2.如權(quán)利要求1所述的帶有雙軸張應(yīng)變的GeSnη溝道隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述η溝道GeSn材料的通式為Ge^Snx,其中OS ζ < 0.25。
3.如權(quán)利要求2所述的帶有雙軸張應(yīng)變的GeSnη溝道隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述源極GeSn材料的通式為GehSn,其中，O ^ 0.25,_f>z。
4.如權(quán)利要求3所述的帶有雙軸張應(yīng)變的GeSnη溝道隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述襯底和漏極米用的是單晶Ge材料。
【文檔編號】H01L29/739GK103824880SQ201410057748
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月20日
【發(fā)明者】劉艷, 韓根全, 王洪娟 申請人:重慶大學(xué)