一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109004058A(43)申请公布日2018.12.14(21)申请号201810757711.1(22)申请日2018.07.11(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人张睿赵毅(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人刘静邱启旺(51)Int.Cl.H01L31/113(2006.01)H01L31/0232(2014.01)H01L31/028(2006.01)H01L31/18(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图3页(54)发明名称一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法(57)摘要本发明公开了一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法。首先在衬底上沉积锗薄膜，并通过掺杂在锗薄膜中形成源漏区域及沟道区域；其次在锗薄膜上沉积栅绝缘层，刻蚀沟道区域表面的栅绝缘层，并残留一定厚度；在栅绝缘层上沉积非晶硅薄膜，刻蚀非晶硅薄膜形成光波导结构作为光学栅极；在栅绝缘层和非晶硅光学栅极表面沉积保护绝缘层；最后刻蚀保护绝缘层形成接触通孔，在接触通孔中沉积接触电极，形成具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件。本发明器件具有开启速度快、功耗低等优势，在高速逻辑器件以及超大规模集成电路等领域有广阔的应用前景。CN109004058ACN109004058A权利要求书1/1页1.一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件，其特征在于，从下至上依次为：衬底、锗薄膜、绝缘层；所述锗薄膜具有源漏区域及沟道区域，在沟道区域上方的绝缘层中设置光波导结构，作为器件的光学栅极；所述绝缘层具有两个接触通孔，分别设置源极电极和漏极电极。2.一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：(1)在衬底上沉积锗薄膜，并通过掺杂在锗薄膜中形成源漏区域及沟道区域；(2)在锗薄膜上沉积栅绝缘层，刻蚀沟道区域表面的栅绝缘层，并残留一定厚度；(3)在栅绝缘层上沉积非晶硅薄膜，刻蚀非晶硅薄膜形成光波导结构作为光学栅极；(4)在栅绝缘层和非晶硅光学栅极表面沉积保护绝缘层；(5)刻蚀保护绝缘层形成接触通孔，在接触通孔中沉积接触电极，最终形成具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件。3.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，在衬底上沉积的锗薄膜的厚度为3纳米至30纳米；锗薄膜上沉积的栅绝缘层的厚度为100纳米至500纳米；刻蚀沟道区域表面的栅绝缘层后，残留的厚度为10纳米至50纳米；光波导结构的厚度为100纳米至300纳米。4.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述衬底材料包含但不限于硅、硅表面沉积氧化硅、石英、蓝宝石；所述栅绝缘层的材料包含但不限于氧化硅、氧化铝。5.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述器件的沟道材料为锗，形态为非晶锗、多晶锗或单晶锗。6.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述步骤(1)中，沉积锗薄膜的方法为分子束外延、热蒸镀或溅射，掺杂锗薄膜的方法为离子注入或热扩散。7.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述步骤(2)中，沉积栅绝缘层的方法为化学气相沉积或原子层沉积，刻蚀栅绝缘层的方法为反应离子刻蚀。8.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述步骤(3)中，沉积非晶硅薄膜的方法为化学气相沉积，刻蚀非晶硅薄膜的方法为反应离子刻蚀。9.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述步骤(4)中，保护绝缘层的材料包含但不限于氧化铝、氧化硅和氮化硅，沉积方法为化学气相沉积或原子层沉积；所述步骤(5)中，刻蚀保护绝缘层的方法为反应离子刻蚀。10.根据权利要求2所述的具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件的制造方法，其特征在于，所述步骤(5)中，接触电极的材料包含但不限于镍、钨，沉积方法为溅射、化学气相沉积或原子层沉积。2CN109004058A说明书1/4页一种具有光学栅极的锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法技术领域[0001]本发明属于半导体器件领域，涉及一种高速、低功耗锗沟道场效应晶体管器件及其制造方法。背景技术[0002]场效应晶体管(MOSFET)是现代集成电路最基本的组成单元，是集成电路实现运算、存储等功能的基础。MOSFET器件的开关速度是决定集成电路性能高低的关键因素。传统上通过缩短MOSFET器件沟道长度的方法提升器件的开启电流，从而实现更快的器件开关速