[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明涉及一种半导体装置及其制造方法，具体地，涉及一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。所述MOSFET包括：基底，具有源区、漏区和位于源区与漏区之间的沟道区，所述基底具有在其上的包括三种元素的外延的III‑V族材料；源电极，位于源区上方；漏电极，位于漏区上方；以及在沟道区中的晶体氧化物层，包括形成外延的III‑V族材料上的氧化物，外延的III‑V族材料包括三种元素。

本申请要求于2016年8月17日在美国专利商标局提交的第62/376,353号美国临时申请和于2016年11月22日在美国专利商标局提交的第15/359,480号美国非临时申请的优先权和权益，所述申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

根据本发明的实施例的一个或更多个方面总体上涉及在III-V族材料上形成的晶体氧化物结构。

背景技术

为了不断改善包括存储装置的电子装置，不断地对与金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的沟道区对应的新型沟道材料以及相应的结构进行研究。被称作III-V族材料或III-V族化合物的一组沟道材料已经被用在通信产品和光电产品中，且现在在沟道材料研究的过程中受到广泛关注。

III-V族材料是具有至少一种III族元素和至少一种V族元素的化学的化合物。III-V族材料通常具有比硅材料高得多的电子迁移率和电导率，使得III-V族材料潜在地有助于未来的高速、低功耗应用，还使得III-V族材料成为用于互补金属氧化物半导体(CMOS)技术的进步的候选者。

在III-V族材料中，InAs(砷化铟)具有很高的电子迁移率，但是也具有相对低的带隙，从而因低带隙导致的相应的高漏电流而限制了它们在一般CMOS应用中的使用。另一方面，由于具有相对高的电子迁移率，同时还具有比InAs材料高的带隙，InGaAs(砷化铟镓)材料为未来的低功耗、高迁移率场效应晶体管提供了更有前途的潜力。因此，当与InAs材料比较时，InGaAs材料呈现出低得多的漏电流的程度。

尽管电子迁移率高，然而诸如InGaAs(和InAs)的III-V族材料由于缺少相应的非晶的有益的原生氧化物而典型地受高密度的界面缺陷(D_it)的困扰。可以利用III-V族材料与在其上沉积的高k(HK)介电层之间的界面的钝化以实现III-V族材料的全部潜力。广泛的钝化方案已经被应用于钝化III-V/HK界面，这样的方案包括硫属化合物(S、Se)钝化、各种新颖的诸如TMA-1st Al₂O₃、La₂O₃的+3价电介质、渗氮等。这些钝化方案的关键策略是在随后的HK沉积之前尽可能多地去除自然地形成的原生非晶氧化物。

代替去除自然地形成的原生非晶氧化物，另一种对III-V族材料的钝化方案可以包括钝化InAs表面，该方案通过使InAs表面经受特定控制的氧化环境(例如，在约3E-6mbar的分子氧束，在约290℃至约330℃的温度下)而有意地形成原生氧化物以获得独特的晶体结构。通过这个方案获得的D_it值被示出为达到低的3E11/cm²-eV的D_it。因此，利用这个方法制造的InAs-nFET可以呈现出高的迁移率与低D_it。

发明内容

本公开的实施例的多个方面涉及一种用于在包括III-V族材料的原生氧化物的III-V族材料的表面上形成晶体结构的方法，并涉及一种包括所述晶体结构的晶体管。

根据本发明的实施例，提供了一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，所述MOSFET包括：基底，具有源区、漏区和位于源区与漏区之间的沟道区，所述基底具有在其上的包括三种元素的外延的III-V族材料；源电极，位于源区上方；漏电极，位于漏区上方；以及在沟道区中的晶体氧化物层，包括形成在外延的III-V族材料上的氧化物，外延的III-V族材料包括三种元素。