[发明专利]基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属半导体器件技术领域，特别涉及一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸的不断减小，尤其是进入纳米尺寸之后，器件中的短沟效应等负面效应对器件泄露电流、亚阈特性、开态/关态电流等性能的影响越来越突出，电路速度和功耗的矛盾也将愈加严重。

针对这一问题，目前已提出较为有效的办法是可以通过采用低亚阈值摆幅的新型器件隧穿场效应晶体管(Tunneling Field-Effect Transistor,TFET)取代传统的金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,MOSFET)来减小短沟道效应的影响。TFET是一种PIN结构的晶体管，它基于载流子的量子隧穿效应工作，并且可以通过器件优化，使得隧穿晶体管的亚阈值摆幅在室温里降到60mV/dec以下。但是由于隧穿晶体管的开态电流较小，使其电路性能不足，应用受限。

因此选择何种材料及工艺制备高质量的TFET变的尤为重要。

发明内容

为了提高现有TFET的性能，本发明提供了一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管及其制备方法；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的实施例提供了一种基于LRC的GeSn隧穿场效应晶体管的制备方法，包括：

(a)选取Si衬底；

(b)在所述Si衬底表面连续生长Ge外延层和保护层；

(c)采用激光再晶化工艺晶化所述Ge外延层形成Ge虚衬底，刻蚀所述保护层；

(d)在所述Ge虚衬底表面生长GeSn外延层；

(e)在所述GeSn外延层表面连续生长栅介质层与栅极材料层并光刻所述栅介质层与栅极材料层；

(f)制备P型掺杂的源区和N型掺杂的漏区；

(g)激活所述源区和所述漏区以完成所述隧穿场效应晶体管的制备。

其中，激光再晶化工艺(LRC工艺)是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。

在本发明的一个实施例中，所述Si衬底为掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3的P型单晶Si。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：

(b1)采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺在所述Si衬底表面生长P型掺杂的所述Ge外延层，所述Ge外延层厚度为200～300nm；

(b2)采用CVD工艺在所述Ge外延层表面生长所述保护层，所述保护层为厚度100～150nm的SiO₂。

在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括：

(c1)将包括所述Si衬底、所述Ge外延层及所述保护层的整个衬底材料加热至700℃，采用激光再晶化工艺晶化所述整个衬底材料；

(c2)自然冷却所述整个衬底材料；

(c3)采用干法刻蚀工艺刻蚀所述保护层，形成所述Ge虚衬底。

其中，所述激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm²，激光移动速度为25mm/s。

在本发明的一个实施例中，步骤(d)包括：

(d1)在H₂氛围中350℃以下，利用SnCl₄和GeH₄分别作为Sn和Ge源，GeH₄/SnCl₄气体流量比为6.14～6.18，在所述Ge虚衬底表面生长厚度为146nm厚的无掺杂的GeSn区域；

(d2)采用离子注入工艺，对所述GeSn区域注入8×10¹⁶cm^-3的BF₂⁺，形成P型掺杂的所述GeSn外延层。

在本发明的一个实施例中，步骤(e)包括：

(e1)在所述GeSn外延层表面依次生长厚度为0.7nm的高k栅介质层与栅极材料层；

(e2)利用光刻工艺，刻蚀掉指定区域的所述栅介质层与栅极材料层。

在本发明的一个实施例中，步骤(f)包括：

(f1)在所述GeSn外延层和所述栅极材料层表面淀积光刻胶并光刻出源区图形；