Ge场效应晶体管（FET）和制造方法技术

本申请涉及Ge场效应晶体管(FET)和制造方法。揭示了场效应晶体管(FET)，其包括：包含锗(Ge)的有源区；以及有源区上的栅堆叠。栅堆叠包括：包含Si的钝化层；钝化层上的界面电介质层，其包含SiOx，其中x是大于0的整数；界面电介质层上的电介质包覆层，其包含形成界面偶极的材料；电介质包覆层上的高k电介质层；以及高k电介质层上的栅电极层。

【技术实现步骤摘要】
Ge场效应晶体管(FET)和制造方法专利
本专利技术涉及半导体器件领域及其制造方法。此外，本专利技术还涉及包含锗(Ge)作为通道材料的晶体管及其制造方法。专利技术背景由于金属氧化物半导体(MOS)器件的不断规模化，常规的SiO2/多晶硅结构被高k电介质和金属栅堆叠所替代。但是，将这种高k/金属栅整合到MOS器件中还引起诸如平带偏移和阈值电压增加等严重挑战。此外，对于低于1纳米等效氧化物厚度(EOT)Si基金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，偏压温度不稳定性(BTI)是限制器件可靠性的最关键问题之一。由于BTI所导致的MOSFET非理想行为基本上是由半导体通道与栅电介质层之间的界面处以及栅电介质层内部的缺陷所决定的。与此同时，在未来装置技术节点中，正考虑使用高迁移率通道材料来进一步强化器件性能。锗(Ge)对于此类高迁移率n型MOSFET是具有吸引力的通道材料。在电子器件会议(IEDM)，2014年IEEE国际，第34.4.1至34.4.4页，G.Groeseneken等人的《用于超越硅器件的先进栅堆叠的BTI可靠性：挑战与机遇(BTIreliabilityofadvancedgatestacksforBeyond-Silicondevices:challengesandopportunities)》中，回顾了基于Si和(Si)Ge的低于1纳米等效氧化物厚度(EOT)MOSFET器件中的BTI。文章揭示了对于pMOS和nMOS这两种器件，具有栅堆叠(其在Ge通道层与高k栅电介质层之间包含较厚(1nm或更厚)的硅(Si)钝化层(Ge/Si盖层/SiO2/HfO2))的Ge基器件的BTI可靠性的改善。对于pMOSGe/Si盖层/SiO2/HfO2器件，NBTI可靠性是良好至优秀的，而对于nMOSGe/Si盖层/SiO2/HfO2器件，PBTI可靠性是足够的。另一方面，Pourtois等人通过模拟显示，Si钝化层需要减薄成数纳米的层(ML)，以获得对于Ge的高电子迁移率。存在对于如下晶体管的需求，其相比于现有技术晶体管具有更好的性能和迁移率，还具有足够的BTI可靠性。
技术实现思路
本专利技术的特定实施方式的目的是提供具有高性能、高迁移率和优异的BTI可靠性的晶体管。本专利技术的特定实施方式的另一个目的是提供用于制造具有高性能、高迁移率和优异的BTI可靠性的晶体管的方法。通过根据本专利技术实施方式的装置和方法实现了上述目的。在所附的独立权利要求和从属权利要求中列出了本专利技术的具体和优选的方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其他独立权利要求的特征适当地相结合，并且不仅仅是权利要求所明确阐述的。本专利技术的第一个方面涉及场效应晶体管(FET)。FET包括：有源区，其包含锗(Ge)；以及有源区上的栅堆叠。栅堆叠包括：包含Si的钝化层；钝化层上的界面电介质层，其包含SiOx，其中x是大于0的整数；界面电介质层上的电介质包覆层，其包含形成界面偶极的材料；电介质包覆层上的高k电介质层；高k电介质层上的栅电极层。根据本文的FET的优势在于，其具有优异的迁移率和BTI可靠性性质。更具体来说，FET具有优异的电子迁移率和PBTI可靠性。根据本文实施方式的FET的优势在于，相比于现有技术FET器件，其具有改善的亚阈值斜率(SS)。根据本专利技术第一个方面的实施方式，电介质包覆层与界面电介质层和高k电介质层物理接触。因而，电介质包覆层被夹在界面电介质层和高k电介质层之间。根据本专利技术第一个方面的实施方式，形成界面偶极的材料包括如下材料，该材料不依赖于电介质包覆层的厚度，诱发阈值电压的负偏移。更具体来说，形成界面偶极的材料选自以下任意材料：镧(La)、钇(Y)、镁(Mg)、铒(Er)、镝(Dy)、钆(Gd)或者其他稀土材料。根据本专利技术第一个方面的实施方式，电介质包覆层是过渡金属氧化物层或者过渡金属硅酸盐层。根据本专利技术第一个方面的实施方式，电介质包覆层是原子层沉积(ALD)层或者物理气相沉积(PVD)层。PVD电介质包覆层优选包括LaxOz，其中，x、z是大于0的整数。ALD电介质包覆层优选包括LaxOz或LaxSiyOz，其中，x、y和z是大于0的整数。根据本文实施方式的FET的优势在于，其与三维(3D)器件整合是相容的。根据本文的实施方式，PVD或ALD电介质包覆层包括La2O3。对于非常薄的层，氧甚至可以更少，例如，LaO。根据本文的实施方式，ALD电介质包覆层包括LaSiO或LaSiO2。La2Si7是LaxSiyOz的另一种可能的晶体结构。根据本专利技术第一个方面的实施方式，钝化层的厚度是1-8单层。根据本专利技术第一个方面的实施方式，高k材料选自以下任意材料：HfOx、HfSiOx、HfSiON、LaOx、ZrOx、ZrSiOx、TaOx、AlOx，或其任意组合。根据本专利技术第一个方面的实施方式，栅电极包括选自下组的金属：TiN、TiAl、TaN、TaC、TiC、Ti、Ta、Mo、Ru或W。根据本专利技术第一个方面的实施方式，界面电介质层包括SiO2，以及电介质包覆层包括La2O3或LaSiO或LaSiO2；根据本专利技术第一个方面的实施方式，FET是FinFET或者GAAFET。本专利技术的第二个方面涉及场效应晶体管(FET)的制造方法，该方法包括如下步骤：提供包含锗(Ge)的有源区；在有源区上提供栅堆叠，其包括：在有源区上提供包含Si的钝化层；在钝化层上提供界面电介质层，所述界面电介质层包含SiOx，其中，x是大于0的整数；在界面电介质层上提供电介质包覆层，所述电介质包覆层包括形成界面偶极的材料；在电介质包覆层上提供高k电介质层；在高k电介质层上提供栅电极层。根据本专利技术第二个方面的实施方式，通过物理气相沉积(PVD)或通过原子层沉积(ALD)来提供电介质包覆层。根据本专利技术第二个方面的实施方式，提供钝化层包括提供厚度为1-8单层的钝化层。根据本专利技术第二个方面的实施方式，通过钝化层的部分氧化，形成界面电介质层。根据本专利技术第二个方面的实施方式，所述方法还包括在提供高k电介质层之后，进行激光退火。根据本专利技术第二个方面的实施方式，所述制造方法是后栅极制造方法(gate-lastmanufacturingmethod)。根据本文实施方式的FET的优势在于，其具有高迁移率和良好的BTI可靠性，更具体来说，其具有高电子迁移率和良好的PBTI可靠性。根据本文实施方式的FET的优势在于，其可用于三维(3D)器件整合。根据本专利技术实施方式的FET的优势在于，其具有低阈值电压。附图说明现将参照附图进一步以示例的方式描述本专利技术。所有附图旨在描述本专利技术的一些方面和特定实施方式。出于清楚原因，附图以简化方式显示。没有显示出所有替代方式和选项，因此，本专利技术不限于所给出的附图内容。在不同附图中，相同附图标记用于表示相同部件。所有附图旨在描述本文的一些方面和实施方式。所述附图仅为示意性而不具限制性。图1示意性显示根据本专利技术第一个方面的FET。图2A-C显示根据本文实施方式的栅堆叠的HR-TEM图像，所述栅堆叠包括钝化层和以不同沉积时间形成的电介质包覆层。图3显示根据本文实施方式的FET的栅堆叠的HR-TEM图像。图4显示根据本文实施方式的钝化层的亚阈值斜率(SS)的实验结果。图5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效应晶体管(FET)，其包括：‑包含锗(Ge)的有源区；以及‑所述有源区上的栅堆叠，其包括：·包含Si的钝化层；·所述钝化层上的界面电介质层，所述界面电介质层包含SiOx，其中，x是大于0的整数；·所述界面电介质层上的电介质包覆层，所述电介质包覆层包含形成界面偶极的材料；·所述电介质包覆层上的高k电介质层；·所述高k电介质层上的栅电极层。

【技术特征摘要】
2015.12.04 EP 15197983.81.一种场效应晶体管(FET)，其包括：-包含锗(Ge)的有源区；以及-所述有源区上的栅堆叠，其包括：·包含Si的钝化层；·所述钝化层上的界面电介质层，所述界面电介质层包含SiOx，其中，x是大于0的整数；·所述界面电介质层上的电介质包覆层，所述电介质包覆层包含形成界面偶极的材料；·所述电介质包覆层上的高k电介质层；·所述高k电介质层上的栅电极层。2.如权利要求1所述的FET，其特征在于，所述电介质包覆层与所述界面电介质层和所述高k电介质层物理接触。3.如前述任一项权利要求所述的FET，其特征在于，所述形成界面偶极的材料包括以下任意材料：镧(La)、钇(Y)、镁(Mg)、铒(Er)、镝(Dy)、钆(Gd)或者其他稀土材料。4.如前述任一项权利要求所述的FET，其特征在于，所述电介质包覆层是过渡金属氧化物层或者过渡金属硅酸盐层。5.如前述任一项权利要求所述的FET，其特征在于，所述电介质包覆层是原子层沉积(ALD)层或者物理气相沉积(PVD)层。6.如权利要求5所述的FET，其特征在于，PVD电介质包覆层包括LaxOz，其中，x、z是大于0的整数。7.如权利要求5所述的FET，其特征在于，ALD电介质包覆层包括LaxOz或LaxSiyOz，其中，x、y和z是大于0的整数。8.如前述任一项权利要求所述的FET，其特征在于，所述钝化层的厚度是1-8个单层。9.如前述任一项权利要求所述的FET，其特征在于，所述高k材料选自以下任意材料：HfOx、HfSiOx、HfSiON、LaOx、ZrOx、ZrSiOx、TaOx、AlOx，或其任意组合。10.如前述任一项权...

【专利技术属性】
技术研发人员：拓晃有村，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE