[发明专利]场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

这里描述的实施例一般涉及场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

近年来，为了提高金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MISFET)的性能，考虑尝试使用电子迁移率和空穴迁移率均高于常规使用的Si沟道的Ge沟道。通过该方法，更高的迁移率改善了晶体管的电流可驱动性，并因此可望实现更高速的操作或更低的功耗。

然而，还没有建立用于形成用于Ge沟道的栅极绝缘膜的技术。Ge和栅极绝缘膜之间的界面状态密度的降低成为主要问题。当前，作为用于Ge-MIS晶体管的栅极绝缘膜界面材料，二氧化锗(GeO₂)实现了最高的迁移率。

如上所述，使用GeO₂作为Ge-MIS晶体管的栅极绝缘膜界面材料使得能够获得Ge的高迁移率的全部益处。然而，由于GeO₂可溶于水，因此，它在制造过程中会在湿法中溶解，或者会由于空气中的水分而劣化。这构成了器件的可靠性降低的主要原因并进一步降低工艺产量。

发明内容

一般地，根据一个实施例，一种场效应晶体管包含设置在含Ge衬底的一部分上并且至少包括GeO₂层的栅极绝缘膜、设置在栅极绝缘膜上的栅电极、设置在衬底中以便把栅电极下面的沟道区夹在中间的源极-漏极区、以及在栅极绝缘膜的两侧部分上形成的含氮区。

根据另一个实施例，一种制造场效应晶体管的方法，该方法的特征在于包括：在含Ge衬底上形成至少包含GeO₂层的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成金属膜；蚀刻栅电极区之外的金属膜和栅极绝缘膜，以形成栅极层叠结构部分；氮化暴露于栅极层叠结构部分的两侧表面的栅极绝缘膜的表面，以形成含氮区；以及在栅极层叠结构部分的两侧形成源极-漏极区。

根据又一个实施例，一种制造场效应晶体管的方法，该方法的特征在于包括：在含Ge衬底上形成至少包含GeO₂层的栅极绝缘膜；在栅极绝缘膜上形成金属膜；蚀刻栅电极区之外的金属膜以形成栅极层叠结构部分；氮化作为形成栅极层叠结构部分的结果而暴露的栅极绝缘膜；在氮化栅极绝缘膜之后，利用栅电极作为掩模有选择地蚀刻栅极绝缘膜；以及在衬底中形成源极-漏极区，以便将栅极层叠结构部分下面的沟道区夹在源极和漏极之间。

附图说明

图1是示出根据第一实施例的场效应晶体管的截面图；

图2A、图2B、图2C、图2D、图2E、图2F、图2G和图2H是用于解释根据第一实施例的场效应晶体管的制造过程的截面图；

图3A、图3B和图3C是用于解释根据第二实施例的场效应晶体管的制造过程的截面图；

图4是表示根据第三实施例的场效应晶体管的元件结构的截面图；

图5A和图5B是用于解释根据第三实施例的场效应晶体管的制造过程的截面图；

图6A、图6B、图6C和图6D是分别示出根据变型的场效应晶体管的元件结构的截面图；以及

图7A和图7B是用于解释根据变型的场效应晶体管的制造过程的截面图。

具体实施方式

(第一实施例)

在图1的MISFET结构的截面图中，附图标记10表示Ge衬底。在Ge衬底10的一部分上，形成栅极绝缘膜20。通过依次层叠GeO₂层21(1nm厚)和LaAlO₃高介电常数绝缘膜22(2.5nm厚)来形成栅极绝缘膜20。在高介电常数绝缘膜22上，依次形成TaN栅电极30(10nm厚)和SiO₂硬掩模41(3nm厚)。在栅电极30的两个侧面上，形成金属氧化物膜31。

在由栅极绝缘膜20、栅电极30、硬掩模41和金属氧化物膜31等构成的栅极层叠结构的两个侧面上，形成氮化硅(SiN)栅极侧壁绝缘膜42(底部宽度为10nm)。在栅极层叠结构两侧的衬底10中，形成源极-漏极区50。源极-漏极区50由在栅极侧壁绝缘膜42下面形成的薄扩展扩散层51(10nm厚)、在栅极侧壁膜42之外形成的更厚的扩散层52(25nm厚)和在扩散层52上形成的NiGe合金层53(10nm厚)构成。

在已形成栅极层叠结构部分和源极-漏极区50的衬底上，形成层间绝缘膜61。在层间绝缘膜61中，制成用于与源极-漏极区50接触的接触孔。在接触孔中，金属互连62被形成以便被嵌入孔中。