基于GeSn-SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管制造技術

本發(fā)明專利技術公開了一種基于GeSn/SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管，主要解決現(xiàn)有基于IV族材料的隧穿場效應晶體管性能差的問題。其包括襯底(1)、源極(2)、溝道(3)和漏極(4)。源極采用Sn組分為[0.05,0.12]的單晶GeSn材料；溝道和漏極均采用Ge組分為[0.2,0.5]，Sn組分為[0.1，0.2]的SiGeSn復合材料；源極、溝道、漏極依次豎直分布，且溝道外部依次包裹有絕緣介質(5)與柵電極(6)。本發(fā)明專利技術通過源極GeSn與溝道SiGeSn兩種材料相互接觸，形成II型異質隧穿結，降低了隧穿勢壘高度，增大了隧穿幾率和器件的隧穿電流，可用于制作大規(guī)模集成電路。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于微電子器件
，特別涉及一種II型異質結隧穿場效應晶體管TFET，可用于制作大規(guī)模集成電路。
技術介紹
隨著集成電路的進一步發(fā)展，芯片特征尺寸的進一步縮小，單個芯片上集成的器件數(shù)目的進一步增多，功耗越來越受到人們的關注。根據ITRS數(shù)據顯示，當特征尺寸縮小到32nm節(jié)點時，功耗會是預計趨勢的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。另外，場效應晶體管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。基于量子隧穿效應的隧穿場效應晶體管TFET與MOSFET相比，沒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。理論和實驗已經證明II型異質結TFET比同質結TFET具有更高的隧穿電流及器件性能。目前，用于隧穿場效應晶體管的半導體材料主要是II1-V族材料，由于其具有較高的電子迀移率，且材料來源相對豐富，容易實現(xiàn)異質結，已經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，一是污染環(huán)境，二是成本非常高，三是與Si基技術不兼容。為了解決II1-V族材料的不足，近年來由各國科學家開始對IV族材料體系在隧穿場效應晶體管方面的應用進行研究。IV族材料體系具有無毒、廉價、且易實現(xiàn)等優(yōu)點，但是目前將IV族材料體系用于隧穿場效應晶體管僅限于S1、Ge材料，由于Si及SiGe為間接帶隙材料且?guī)遁^大，使得目前應用IV族材料體系的隧穿場效應晶體管與II1-V族材料相比，性能差距較大。【專利技術內容】本專利技術的目的在于針對上述已有技術的不足，根據IV族材料體系中GeSn、SiGeSn材料的特性，提供一種基于GeSn-SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管，以調節(jié)能帶結構，減小帶隙寬度，降低隧穿勢皇，增大隧穿電流，提高器件的整體性能。本專利技術的技術方案是這樣實現(xiàn)的:理論研究和實驗證明，通過材料組分的調節(jié)，無論是GeSn材料，還是SiGeSn材料都能夠由間接帶隙材料轉變?yōu)橹苯訋恫牧希鶕嗽肀緦＠夹g基于GeSn-SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管，包括:襯底、源極、溝道、漏極、絕緣介質薄膜及柵電極，其特征在于:所述源極，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 ；所述溝道和漏極，均采用通式為Si1 y zGeySnJ^ SiGeSn復合材料，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 ;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型異質隧穿結，所述絕緣介質薄膜和柵電極設置在溝道的外圍。制作上述II型異質結隧穿場效應晶體管的方法，包括如下步驟:I)利用分子束外延工藝，在襯底上生長Sn組分為0.05?0.12的單晶GeSn材料，形成源極層；2)利用分子束外延工藝，在源極層上生長Ge組分為0.2?0.5，Sn組分為0.1?0.2的SiGeSn復合材料，形成溝道層；3)利用分子束外延工藝，在溝道層上生長Ge組分為0.2?0.5，Sn組分為0.1?0.2的SiGeSn復合材料，形成漏極層；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)的豎直分布結構；5)對源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)進行離子注入: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119Cm 3的P元素，形成N +摻雜漏極；6)利用原子層淀積工藝，在240?260°C環(huán)境下，在溝道四周環(huán)繞依次生成絕緣介質薄膜和柵電極。本專利技術采用GeSn單晶材料的源極與SiGeSn單晶材料的溝道接觸形成II型異質結，此異質結不僅有助于減小隧穿勢皇，而且還能增大隧穿幾率，提高了隧穿電流，進而提升隧穿場效應晶體管的整體性能。【附圖說明】圖1為本專利技術場效應晶體管的結構圖；圖2為本專利技術場效應晶體管的制作流程示意圖。【具體實施方式】為了使本專利技術的目的及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖和實施例對本專利技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用于以解釋本專利技術，并不用于限定本專利技術。參照圖1，本專利技術基于GeSn-SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管包括:襯底1、源極2、溝道3、漏極4、絕緣介質薄膜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)繞包裹于絕緣介質薄膜5四周。源極2采用通式為Ge1 xSnx的單晶GeSn材料，其中x為Sn的組分，0.05 ^ X ^ 0.12 ;溝道3和漏極4均采用通式為Si1 y zGeySnJ^ SiGeSn復合材料，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。由于在GeSn、SiGeSn兩種材料特有的能帶性質，兩種材料在接觸處能夠形成有效的II型隧穿結，進而提升器件性能。參照圖2，本專利技術制作基于GeSn-SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管的方法，給出如下三種實施例。實施例1:制作基于Gea92Sna(]S-Sia47Gea33Sna2。材料的II型異質結隧穿場效應晶體管步驟1:利用分子束外延工藝，在Ge襯底I上，以固體Ge和Sn作為蒸發(fā)源，在10 4pa的壓強下，溫度為180°C，生長Sn組分為0.08的GeSn單晶，形成源極層，如圖2a ;步驟2:利用分子束外延工藝，在源極層上，以固體S1、Ge和Sn作為蒸發(fā)源，在10 4pa的壓強下，溫度為180°C，生長Ge組分為0.33、Sn組分為0.20的SiGeSn復合材料，形成溝道層，如圖2b;步驟3: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，在壓強為10 4pa、溫度為180°C的條件下，生長Ge組分為0.33、Sn組分為0.20的SiGeSn復合材料，形成漏極層如圖2c。步驟4:利用刻蝕工藝，采用氯基原子團作為刻蝕劑，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)豎直分布結構，如圖2d。步驟5:對源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)進行離子注入: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 ;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 ；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 ；步驟6: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S12形成絕緣介質薄膜5 ;再在絕緣介質薄膜5的四周環(huán)繞淀積金屬薄膜形成柵電極6，從而實現(xiàn)在溝道3四周環(huán)繞依次生成絕緣介質薄膜5和柵電極6的結構，如圖2f，完成器件制作。當前第1頁1 2 本文檔來自技高網...

【技術保護點】
基于GeSn?SiGeSn材料的II型異質結隧穿場效應晶體管，包括：襯底(1)、源極(2)、溝道(3)、漏極(4)、絕緣介質薄膜(5)及柵電極(6)，其特征在于：所述源極(2)，采用通式為Ge1?xSnx的GeSn單晶材料，其中x為Sn的組分，且0.05≤x≤0.12；所述溝道(3)和漏極(4)，均采用通式為Si1?y?zGeySnz的SiGeSn復合材料，其中y為Ge的組分，z為Sn的組分，且0.1≤z≤0.2，0.2≤y≤0.5；所述源極(2)、溝道(3)和漏極(4)，在襯底(1)上依次由下至上豎直分布，在源極(2)與溝道(3)的接觸處形成II型異質隧穿結，所述絕緣介質薄膜(5)和柵電極(6)設置在溝道(3)的外圍。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：韓根全，張春福，周久人，汪銀花，張進城，郝躍，
申請(專利權)人：西安電子科技大學，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61