CN107833923A - 一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种能够提高栅控能力以及减小短沟道效应的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法。所述硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件包括单晶硅衬底、介质键合层、隔离层、背栅电极、背栅介质层、背栅界面控制层、InGaAs沟道层、上界面控制层、III‑V族半导体源漏层、源漏金属层、顶栅介质层、顶栅电极；该制备方法包括步骤，首先在单晶硅衬底上设置第一键合片；然后在III‑V族半导体外延衬底上依次沉积背栅介质层的材料层、背栅电极的材料层、在隔离层、第二键合片；将第一键合片和所述第二键合片键合在一起，形成介质键合层；然后再成形、源漏金属层、顶栅介质层、顶栅电极。采用该硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法能够提高MOSFET器件的栅控能力，满足高性能III‑V族CMOS技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成技术领域，尤其涉及一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法。
背景技术
众所周知的：随着传统硅基CMOS技术的发展，器件的特征尺寸不断缩小，器件的性能和电路的集成度得到巨大提升。然而，当CMOS技术进入45纳米技术节点后，传统硅基CMOS技术遇到了一系列的挑战和困难。引入新结构、新材料已经成为后摩尔时代的解决方案之一。具有高迁移率的III-V族化合物半导体材料被视为是硅基CMOS沟道材料的替代之一。如何将III-V族化合物半导体材料与新结构有机的结合在一起以满足高性能III-V族CMOS的技术要求成为当前的研究热点。目前InGaAs MOSFET器件面临与硅基的异构集成，提高栅控能力以及减小短沟道效应等亟待解决得问题。
虽然现有的如中国专利申请《一种双栅MOSFET结构及其制备方法》CN 106298878A公开了一种种双栅MOSFET结构及其制备方法，属于半导体集成技术领域。所述双栅MOSFET结构自下而上为第一栅金属层、III-V族半导体沟道层、III-V族半导体源漏层、第二栅金属层，所述第一栅金属层和第二栅金属层构成双栅结构；所述III-V族半导体沟道层和III-V族半导体源漏层采用III-V族半导体材料。本发明采用双栅结构可以有效提高MOSFET器件的栅控能力，减小短沟道效应等的影响。本发明采用通孔技术实现背栅结构可以有效减小寄生电容，提高了器件的射频特性。本发明的所述MOSFET结构集成在硅衬底上，可以与其他硅基CMOS集成器件实现单片集成。但是由于第一栅金属层是通过键合成形，因此对键合层的表面洁净度和平整度要求较高，且键合过程可能对栅介质层造成影响。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种能够提高栅控能力以及减小短沟道效应，同时能够满足高性能III-V族CMOS技术要求的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，包括由下至上依次叠置的单晶硅衬底、介质键合层、隔离层、背栅电极、背栅介质层、背栅界面控制层、InGaAs沟道层、上界面控制层；所述上界面控制层上表面的两侧均叠置有III-V族半导体源漏层；所述III-V族半导体源漏层的上表面设置有源漏金属层；所述上界面控制层上表面两侧的III-V族半导体源漏层之间设置有顶栅介质层，所述顶栅介质层下表面与上界面控制层连接，所述顶栅介质层的侧面与III-V族半导体源漏层连接；所述顶栅介质层上叠置有顶栅电极；所述顶栅电极为倒T型，所述顶栅电极位于顶栅介质层上表面的中间位置。
进一步的，所述介质键合层键合介质为BCB。
进一步的，所述隔离层为硅基、铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、铍基、钛基、钇基氧化物中的一种或其多种氧化物叠层或其互掺杂氧化物层，所述隔离层的厚度在1纳米-200纳米之间。
进一步的，所述背栅电极和顶栅电极为金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的一种或其多种材料组合成的叠层，所述背栅电极和顶栅电极厚度为1纳米-500纳米。
进一步的，所述背栅介质层和顶栅介质层采用介电常数k大于20的氧化物、氮化物或氮氧化物，以及氧化物、氮化物或氮氧化物的任意混合，或者氧化物、氮化物或氮氧化物的多层任意组合。
进一步的，所述背栅界面控制层和上界面控制层禁带宽度大于所述InGaAs沟道层材料，均具有第一量子阱能带对准关系。
进一步的，所述InGaAs沟道层的厚度为1-10nm，In组分为0.4-0.7。
进一步的，所述III-V族半导体源漏层采用重掺杂的InGaAs材料，掺杂浓度大于1e19cm-3。
进一步的，所述源漏金属层为镍、镉、金、硅、钯、锗、钨、铝、钛、铜、铂、锌金属材料层的一层或多层金属化而成。
本发明还提供了一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：在所述单晶硅衬底上匀上所述介质键合层的材料层，从而形成第一键合片；
步骤2：在III-V族半导体外延衬底上沉积背栅介质层的材料层，所述III-V族半导体外延衬底包括由上至下依次设置的背栅界面控制层、InGaAs沟道层、上界面控制层；III-V族半导体源漏层的材料层、I III-V族半导体外延衬底的底部材料层；
在III-V族半导体外延衬底的背栅界面控制层上沉积背栅介质层的材料层，在所述背栅介质层的材料层上沉积背栅电极的材料层，在所述背栅电极的材料层上沉积所述隔离层，并在所述隔离层上匀上第二介质键合层的材料层，从而形成第二键合片；
步骤3：将第一介质键合层的材料层和第二介质键合层的材料层相对，采用键合的方式将所述第一键合片和所述第二键合片键合在一起，同时形成所述介质键合层；
步骤4：去除所述III-V族半导体外延衬底的底部材料层直至III-V族半导体源漏层的材料层停止；
步骤5：去除部分III-V族半导体源漏层的材料层，形成所述III-V族半导体源漏层；
步骤6：沉积顶栅介质层和顶栅电极；
步骤7：沉积源漏金属层，得到硅基InGaAs沟道双栅MOSFET结构。
本发明的有益效果是：本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法，实现了硅基半导体材料与InGaAs沟道双栅MOSFET器件的集成，提高了器件的异构集成度，且双栅结构有效的提高了MOSFET器件的栅控能力,减小了短沟道效应等的影响，满足了高性能III-V族CMOS技术的要求。同时本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，相对于专利申请CN 106298878A《一种双栅MOSFET结构及其制备方法》中所述的双栅MOSFET结构其中第一栅金属层需要通过键合成形，对键合层的表面洁净度和平整度要求较高，且键合过程可能对栅介质层造成影响，因此对生产工艺要求较高；本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法，其中背栅电极在III-V族半导体外延衬底上直接沉集形成，然后通过设置隔离层实现单晶硅衬底与III-V族半导体外延衬底的背栅电极键合，因此本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法，BCB键合具有工艺温度低、具有高度平整化能力、对键合表面要求低的特点。
附图说明
图1为本发明一实施例中硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件的结构示意图；
图2为在单晶硅衬底上匀上介质键合层的材料层后形成的第一键合片的结构示意图；
图3为所述III-V族半导体外延衬底的结构示意图；
图4为在所述III-V族半导体外延衬底上依次沉积所述背栅介质层，背栅电极，隔离层并匀上介质键合层的材料层后形成的第二键合片的结构示意图；
图5为将所述第二键合片键合倒扣键合在第一键合片后的键合片的结构示意图；
图6为去除所述III-V族半导体外延衬底的底部材料层直至所述III-V族半导体源漏层的材料层停止后的结构示意图；
图7为去除部分所述III-V族半导体源漏层的材料层，形成所述III-V族半导体源漏层后的结构示意图；
图8为沉积所述顶栅介质层和所述顶栅电极后的结构示意图；
图中标示：101-单晶硅衬底，102-介质键合层，102a-第一介质键合层的材料层，102b-第二介质键合层的材料层，103-隔离层，104-背栅电极，105-背栅介质层，106-背栅界面控制层，107-InGaAs沟道层，108-上界面控制层，109-III-V族半导体源漏层，109a-III-V族半导体源漏层，110-源漏金属层，111-顶栅介质层，112-顶栅电极，113-III-V族半导体材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1至图8所示，本发明所述的一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，包括由下至上依次叠置的单晶硅衬底101、介质键合层102、隔离层103、背栅电极104、背栅介质层105、背栅界面控制层106、InGaAs沟道层107、上界面控制层108；所述上界面控制层108上表面的两侧均叠置有III-V族半导体源漏层109；所述III-V族半导体源漏层109的上表面设置有源漏金属层110；所述上界面控制层108上表面两侧的III-V族半导体源漏层109之间设置有顶栅介质层111，所述顶栅介质层111下表面与上界面控制层108连接，所述顶栅介质层111的侧面与III-V族半导体源漏层109连接；所述顶栅介质层111上叠置有顶栅电极112；所述顶栅电极112为倒T型，所述顶栅电极112位于顶栅介质层111上表面的中间位置。
具体的，所述顶栅电极112叠置在所述顶栅介质层111之上的中间，所述顶栅电极112的形状为倒凸型；所述顶栅电极112和所述源漏金属层110之间不相接并保持一定距离。
具体的，所述介质键合层102键合介质为BCB。
具体的，所述隔离层103为硅基、铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、铍基、钛基、钇基氧化物中的一种或其多种氧化物叠层或其互掺杂氧化物层，所述隔离层103的厚度在1纳米-200纳米之间。
具体的，所述背栅电极104和顶栅电极112为金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的一种或其多种材料组合成的叠层，所述背栅电极104和顶栅电极112厚度为1纳米-500纳米。
具体的，所述背栅介质层105和顶栅介质层111采用介电常数k大于20的氧化物、氮化物或氮氧化物，以及氧化物、氮化物或氮氧化物的任意混合，或者氧化物、氮化物或氮氧化物的多层任意组合。
具体的，所述背栅界面控制层106和上界面控制层108禁带宽度大于所述InGaAs沟道层107材料，均具有第一量子阱能带对准关系。
具体的，所述InGaAs沟道层107的厚度为1-10nm，In组分为0.4-0.7。
具体的，所述III-V族半导体源漏层109采用重掺杂的InGaAs材料，掺杂浓度大于1e19cm-3。
具体的，所述源漏金属层110为镍、镉、金、硅、钯、锗、钨、铝、钛、铜、铂、锌金属材料层的一层或多层金属化而成。
本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件的制备方法，包括以下步骤：
步骤1：如图2所示，在单晶硅衬底101上匀上第一介质键合层的材料层102a，从而形成第一键合片；
步骤2：在III-V族半导体外延衬底上沉积背栅介质层105的材料层，如图3所示，所述III-V族半导体外延衬底包括由上至下依次设置的背栅界面控制层106、InGaAs沟道层107、上界面控制层108；III-V族半导体源漏层的材料层109a、I III-V族半导体外延衬底的底部材料层113；
如图4所示，在III-V族半导体外延衬底的背栅界面控制层106上沉积背栅介质层105的材料层，在所述背栅介质层105的材料层上沉积背栅电极104的材料层，在所述背栅电极104的材料层上沉积所述隔离层103，并在所述隔离层103上匀上第二介质键合层的材料层102b，从而形成第二键合片；
步骤3：如图5所示，将第一介质键合层的材料层102a和第二介质键合层的材料层102b相对，采用键合的方式将所述第一键合片和所述第二键合片键合在一起，同时形成所述介质键合层102；
步骤4：如图6所示，去除所述III-V族半导体外延衬底的底部材料层113直至III-V族半导体源漏层的材料层109a停止；
步骤5：如图7所示，去除部分III-V族半导体源漏层的材料层109a，形成所述III-V族半导体源漏层109；
步骤6：如图8所示，沉积顶栅介质层111和顶栅电极112；
步骤7：沉积源漏金属层110，如图1所示的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET结构。
综上所述，本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件通过在单晶硅衬底101与隔离层103之间设置介质键合层102，在隔离层103上依次设置背栅电极104、背栅介质层105、背栅界面控制层106、InGaAs沟道层107、上界面控制层108；以及在硅基InGaAs沟道双栅MOSFET结构的制备方法中，通过在步骤1和步骤2中分别形成第一键合片和所述第二键合片，并且在步骤3中将所述第一键合片和所述第二键合片键合在一起，形成所述介质键合层102；从而实现了硅基半导体材料与InGaAs沟道双栅MOSFET器件的集成，提高了器件的异构集成度，且双栅结构有效的提高了MOSFET器件的栅控能力,减小了短沟道效应等的影响，满足了高性能III-V族CMOS技术的要求。同时本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，相对于专利申请CN 106298878A《一种双栅MOSFET结构及其制备方法》中所述的双栅MOSFET结构其中第一栅金属层需要通过键合成形，对键合层的表面洁净度和平整度要求较高，且键合过程可能对栅介质层造成影响，因此对生产工艺要求较高；本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法，其中背栅电极在III-V族半导体外延衬底上直接沉集形成，然后通过设置隔离层实现单晶硅衬底与III-V族半导体外延衬底的背栅电极键合，因此本发明所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件及其制备方法，BCB键合具有工艺温度低、具有高度平整化能力、对键合表面要求低的特点。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：包括由下至上依次叠置的单晶硅衬底(101)、介质键合层(102)、隔离层(103)、背栅电极(104)、背栅介质层(105)、背栅界面控制层(106)、InGaAs沟道层(107)、上界面控制层(108)；所述上界面控制层(108)上表面的两侧均叠置有III-V族半导体源漏层(109)；所述III-V族半导体源漏层(109)的上表面设置有源漏金属层(110)；所述上界面控制层(108)上表面两侧的III-V族半导体源漏层(109)之间设置有顶栅介质层(111)，所述顶栅介质层(111)下表面与上界面控制层(108)连接，所述顶栅介质层(111)的侧面与III-V族半导体源漏层(109)连接；所述顶栅介质层(111)上叠置有顶栅电极(112)；所述顶栅电极(112)为倒T型，所述顶栅电极(112)位于顶栅介质层(111)上表面的中间位置。
2.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述介质键合层(102)键合介质为BCB。
3.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述隔离层(103)为硅基、铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、铍基、钛基、钇基氧化物中的一种或其多种氧化物叠层或其互掺杂氧化物层，所述隔离层(103)的厚度在1纳米-200纳米之间。
4.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述背栅电极(104)和顶栅电极(112)为金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的一种或其多种材料组合成的叠层，所述背栅电极(104)和顶栅电极(112)厚度为1纳米-500纳米。
5.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述背栅介质层(105)和顶栅介质层(111)采用介电常数k大于20的氧化物、氮化物或氮氧化物，以及氧化物、氮化物或氮氧化物的任意混合，或者氧化物、氮化物或氮氧化物的多层任意组合。
6.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述背栅界面控制层(106)和上界面控制层(108)禁带宽度大于所述InGaAs沟道层(107)材料，均具有第一量子阱能带对准关系。
7.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述InGaAs沟道层(107)的厚度为1-10nm，In组分为0.4-0.7。
8.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述III-V族半导体源漏层(109)采用重掺杂的InGaAs材料，掺杂浓度大于1e19cm-3。
9.如权利要求1所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件，其特征在于：所述源漏金属层(110)为镍、镉、金、硅、钯、锗、钨、铝、钛、铜、铂、锌金属材料层的一层或多层金属化而成。
10.如权利要求1至9中任意一项权利要求所述的硅基InGaAs沟道双栅MOSFET器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在单晶硅衬底(101)上匀上第一介质键合层的材料层(102a)，从而形成第一键合片；
步骤2：在III-V族半导体外延衬底上沉积背栅介质层(105)的材料层，所述III-V族半导体外延衬底包括由上至下依次设置的背栅界面控制层(106)、InGaAs沟道层(107)、上界面控制层(108)；III-V族半导体源漏层的材料层(109a)、I III-V族半导体外延衬底的底部材料层(113)；
在III-V族半导体外延衬底的背栅界面控制层(106)上沉积背栅介质层(105)的材料层，在所述背栅介质层(105)的材料层上沉积背栅电极(104)的材料层，在所述背栅电极(104)的材料层上沉积所述隔离层(103)，并在所述隔离层(103)上匀上第二介质键合层的材料层(102b)，从而形成第二键合片；
步骤3：将第一介质键合层的材料层(102a)和第二介质键合层的材料层(102b)相对，采用键合的方式将所述第一键合片和所述第二键合片键合在一起，同时形成所述介质键合层(102)；
步骤4：去除III-V族半导体外延衬底的底部材料层(113)直至III-V族半导体源漏层的材料层(109a)停止；
步骤5：去除部分III-V族半导体源漏层的材料层(109a)，形成所述III-V族半导体源漏层(109)；
步骤6：沉积顶栅介质层(111)和顶栅电极(112)；
步骤7：沉积源漏金属层(110)得到硅基InGaAs沟道双栅MOSFET结构。
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|---|---|---|---|---|
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101834159A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 采用bcb辅助键合以实现穿硅通孔封装的制作工艺 |
| CN106298947A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-04 | 中国科学院微电子研究所 | 一种双栅InGaAs PMOS场效应晶体管 |
| CN106298878A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 中国科学院微电子研究所 | 一种双栅mosfet结构及其制备方法 |
| CN106601740A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 中国科学院微电子研究所 | 硅基InGaAs沟道双栅COMS器件 |
| CN106847887A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-13 | 桂林电子科技大学 | 一种iii‑v族环栅场效应晶体管及其制备方法 |
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- 2017-10-30 CN CN201711034834.4A patent/CN107833923A/zh active Pending
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101834159A (zh) * | 2010-04-23 | 2010-09-15 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 采用bcb辅助键合以实现穿硅通孔封装的制作工艺 |
| CN106298878A (zh) * | 2016-09-28 | 2017-01-04 | 中国科学院微电子研究所 | 一种双栅mosfet结构及其制备方法 |
| CN106298947A (zh) * | 2016-10-12 | 2017-01-04 | 中国科学院微电子研究所 | 一种双栅InGaAs PMOS场效应晶体管 |
| CN106601740A (zh) * | 2016-12-27 | 2017-04-26 | 中国科学院微电子研究所 | 硅基InGaAs沟道双栅COMS器件 |
| CN106847887A (zh) * | 2017-01-13 | 2017-06-13 | 桂林电子科技大学 | 一种iii‑v族环栅场效应晶体管及其制备方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112563332A (zh) * | 2020-12-16 | 2021-03-26 | 南京工程学院 | Ge基双栅型InGaAs nMOSFET器件及其制备方法 |
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