[发明专利]带有InAlP盖层的Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有InAlP盖层的Ge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深入发展，为了提高芯片性能和集成度，金属氧化物半导体场效应晶体管（Metal-oxide-semiconductor Field-effect Transistor，MOSFET）沟道长度不断缩短，器件性能也不断提升。根据国际半导体技术蓝图（International Technology Roadmap for Semiconductors，ITRS）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。单晶Ge材料具有很高的电子和空穴迁移率（电子：3900cm²/V·s；空穴：1900cm²/V·s），是实现高有效载流子迁移率（Effective Carrier Mobility）MOSFET器件的热门材料。

制备Ge沟道MOSFET器件时，当Ge材料与绝缘介电质薄膜（通常为SiO₂，Al₂O₃，HfO₂，TaSiO_x，HfLaO_x等材料）直接接触的时候，会在Ge和绝缘介电质薄膜界面上形成大量的界面态（Interface State）。这些界面态会对Ge沟道中的载流子形成散射，当界面态密度（Density of Interface States，D_it）太高的时候，会大大降低沟道有效载流子迁移率。

为解决此问题，前人提出了在Ge沟道和绝缘介电质薄膜之间插入一个钝化层，或者在沉积绝缘介电质薄膜之前对Ge表面进行钝化处理。前人发明的方法有：（1）在Ge沟道和绝缘介电质薄膜之间形成一个GeO₂薄层；（2）在Ge沟道和绝缘介电质薄膜之间形成一个Si钝化层；（3）在Ge沟道和绝缘介电质薄膜之间形成一个GeON薄层；（4）在沉积绝缘介电质薄膜之前，用(NH₄)₂S溶液对Ge表面进行钝化处理。对于p型Ge沟道MOSFET器件，利用上述前人发明的方法，都可以实现比较高的有效空穴迁移率。但是对于n型Ge沟道MOSFET器件，前人发明的方法，并不能实现很高有效电子迁移率。无论GeO2，Si钝化层还是GeON层，与Ge沟道的界面在导带上带阶都太小，不能有效的将Ge沟道与绝缘介电质薄膜隔离。这样Ge沟道中电子子总是受到绝缘介电质薄膜中缺陷态或者界面处界面态的散射，所以电子的有效迁移率很低。

发明内容

本发明的目的是提出一种带有InAlP盖层的Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）的结构。其中InAlP盖层可以有效隔离Ge沟道和绝缘介电质薄膜，并将导电载流子限制在Ge层中，从而实现高的有效载流子迁移率。本发明既适应n型Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，又适应p型Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管。

本发明所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管具有一基底、一Ge沟道、一InAlP盖层、一绝缘介电质薄膜、一栅、两绝缘间隙壁，以及一源极和一漏极。在基底上有Ge沟道，Ge沟道上面为InAlP盖层，在InAlP盖层和栅之间是绝缘介电质薄膜，绝缘间隙壁隔开栅与源极/漏极区域，绝缘间隙壁隔开InAlP盖层与源极/漏极区域。其中，InAlP材料本身的禁带宽度比Ge的大，在InAlP和Ge的界面价带和导带处形成有效的带阶，将导电载流子限制在Ge沟道层中。这样可以有效减小界面态密度对Ge沟道中载流子的散射作用，从而提高有效载流子迁移率。

本发明所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管，其中源和漏区域可以在Ge沟道中引入应变，从而进一步提高有效载流子迁移率。如果是n型Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，通过调整源和漏区域的SiGeSn材料组分，使其晶格常数比Ge沟道小，就可以在沟道中引入单轴拉应变，提高沟道有效电子迁移率；如果是p型Ge沟道金属氧化物半导体场效应晶体管，通过调整源和漏区域的SiGeSn材料组分，使其晶格常数比Ge沟道大，就可以在沟道中引入单轴压应变，提高沟道有效空穴迁移率。

附图说明

图1为本发明第一实例MOSFET的截面模式图。

图2为本发明第一实例MOSFET的俯视模式图。