專利名稱：使用高介電常數(shù)電介質(zhì)層的量子阱晶體管的制作方法
使用高介電常數(shù)電介質(zhì)層的量子阱晶體管技術(shù)領(lǐng)域一般來說，本發(fā)明涉及量子阱晶體管的形成。
技術(shù)背景量子阱是將粒子限制在 一 個維度內(nèi)以迫使它們占用平面區(qū)域的 勢阱。將第 一材料夾在兩個能帶隙大于第 一材料的材料層之間可以形成量子阱。量子阱或高電子遷移率晶體管(HEMT)是利用兩種具 有不同能帶隙的材料之間的結(jié)作為溝道的場效應(yīng)晶體管。該結(jié)可以 展現(xiàn)出非常低的電阻或非常高的電子遷移率。施加在柵極上的電壓 可以改變該結(jié)的電導(dǎo)率。量子阱晶體管易于具有高柵極漏電和寄生串聯(lián)電阻。具體來說，利用周期表中的III-V族元素的量子阱晶體管易于存在這些問題。這 些材料的實例包括砷化銦纟家/砷^f匕銦鋁和銻化銦/銻化鋁銦。在現(xiàn)有量子阱晶體管的技術(shù)水平下，可以在阻擋層上沉積直接 肖特基金屬柵極以形成易于具有高柵極漏電的肖特基結(jié)。也可以將 源極和漏極區(qū)域圖案化，并在將柵極圖案化之前完成源極和漏極接 觸金屬。柵極圖案化是在工藝的最后一步完成的，這會導(dǎo)致非自對 準(zhǔn)的源漏區(qū)域。這些非自對準(zhǔn)的源漏區(qū)域易于具有寄生串聯(lián)電阻。 具有寄生串聯(lián)電阻的器件會展現(xiàn)出較差的性能。因此，需要用更好的方法來制造量子阱晶體管。


圖1是本發(fā)明的一個實施例的放大橫截面圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的處于制造前期的如圖1所示 的實施例的放大橫截面圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在隨后處理之后的如圖2所 示的實施例的放大橫截面圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于圖3 的放大橫截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于圖4 的放大橫截面圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于圖5 的放大橫截面圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于圖6 的放大橫截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于 圖7的放大橫截面圖；圖8的放大橫截面圖；以及圖10是根據(jù)本發(fā)明的增強型實施例的在隨后處理之后的對應(yīng)于 圖7的放大橫截面圖。
具體實施方式
參照圖1和圖10，耗盡型(圖1)或增強型(圖10)自對準(zhǔn)源 漏量子阱晶體管可以形成有高介電常數(shù)電介質(zhì)層24和充當(dāng)肖特基柵 極金屬的金屬柵電極38。這里所用的"高介電常數(shù)"是指介電常數(shù) 為10或更大的電介質(zhì)。在硅襯底10上方的可以是調(diào)節(jié)層12。在一個實施例中，調(diào)節(jié)層 12可以是具有15%鋁的AlInSb。在硅襯底10上方，也可以在層12 下方包含鍺層(未示出)。調(diào)節(jié)層12用于調(diào)節(jié)晶格失配問題且用于 將錯位或缺陷限制在那個層12。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以在調(diào)節(jié)層12上方形成下阻擋層 14。作為兩個實例，下阻擋層14可以由例如銻化鋁銦或砷化銦鋁形
成。下阻擋層14可以由能帶隙高于上面的量子阱16的材料形成。在下阻擋層14上方形成未摻雜量子阱16。在一個實施例中，作 為兩個實例，未摻雜量子阱16可以由銻化銦或砷化銦鎵形成。接著，可以形成上阻擋層20。上阻擋層20可以由與下阻擋層14 相同或不同的材料形成。上阻擋層20可以包括5摻雜施主層18。作 為兩個實例，5摻雜可以使用硅或碲來完成。摻雜施主層18將載流 子供應(yīng)給量子阱16以用于傳輸。摻雜施主層18是通過允許Te或Si 摻雜劑以受控方式從固體源流入到MBE (分子束外延)腔室中而形 成的。因此，將量子阱16夾在上阻擋層20和下阻擋層14之間。上阻 擋層20可以是電子供應(yīng)層，其厚度將與形成柵電極38的肖特基金 屬層的功函數(shù)一起決定晶體管的閾電壓。金屬柵電極38可以形成在高介電常數(shù)電介質(zhì)材料26上。材料26 在三個面上托住金屬柵電極38。而高介電常數(shù)層26又可以由自對準(zhǔn) 的源漏接觸金屬22和間隔物層28托住。如圖2所示，如圖1所示的耗盡型晶體管和圖10的增強型晶體 管的制造可以通過形成一直到并且包括n+摻雜層30的結(jié)構(gòu)而開始。 層30可以包括用Te和Si雜質(zhì)4參雜的銻化銦或砷化銦鎵。層30可以 經(jīng)重?fù)诫s以便稍后形成成 品晶 體管中的源漏區(qū)域。作為兩個實例，多層外延襯底10可以利用分子束外延法或金屬 有機化學(xué)氣相沉積法來生長。參照圖3,根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，可以在n+摻雜層30上形 成虛擬柵極32。它可以在圖案化和蝕刻掉氮化物、碳化物或氧化物 薄膜(未示出)后形成。有利地，這些薄膜可以通過低溫沉積來形 成，以便保持外延層結(jié)構(gòu)的完整性。虛擬柵極32可以由例如氮化硅 或金屬形成。虛擬柵極32可以通過利用光刻和蝕刻(在氮化硅虛擬 柵極32的情況下)或利用蒸鍍和剝離(在金屬柵極32的情況下， 如鋁金屬柵極)進行圖案化來形成。
接下來參照圖4，可以形成用于托住虛擬柵極32的低溫氧化硅、 氮化硅或碳化硅間隔物28。間隔物28可以通過利用低溫沉積技術(shù)、 接著進行各向異性蝕刻來形成。接下來轉(zhuǎn)到圖5，可以通過以下方法形成自對準(zhǔn)源漏接觸金屬 22:首先進行電子束蒸鍍或反應(yīng)性濺鍍，也可在此之后進行化學(xué)機 械平坦化處理，以便制作自對準(zhǔn)接觸物，這些自對準(zhǔn)接觸物還要在 層30中形成源漏區(qū)域。源漏接觸金屬22可以由例如鈥或金形成。接著，如圖6所示，可以利用濕式蝕刻來選擇性地蝕刻掉虛擬 柵極32。結(jié)果，形成開口 34。金屬虛擬柵極移除過程可以包括例如 利用磷酸蝕刻的濕式蝕刻。對于氮化物虛擬柵極，可以使用鹽酸。 對于二氧化硅虛擬柵極，可以利用氫氟酸蝕刻。濕式蝕刻法對于n+ 摻雜層30具有選擇性。接著，如圖7所示，對于壽毛盡型器件，可以選擇性地蝕刻掉n+ 摻雜層30以便形成具有翼部36和基部34的倒T形開口 ?？梢岳?干式或濕式蝕刻來形成翼部36。例如，利用諸如檸檬酸加過氧化物 的濕式蝕刻法來選擇性地移除n+摻雜層30。在原子層沉積高介電常數(shù)材料26之后，可以電子束蒸鍍或濺鍍 金屬柵電極38。舉幾個實例，柵電極38可以是例如鉑、鴒、鈀或鉬。 作為兩個實例，高介電常數(shù)電介質(zhì)26可以是例如二氧化給或二氧化 鋯。低溫沉積法可以與有機前驅(qū)物(如用于二氧化鉿沉積的醇鹽前 驅(qū)物) 一起使用。接著，可以使如圖8所示的結(jié)構(gòu)進行金屬柵電極38和高介電常 數(shù)電介質(zhì)26的化學(xué)機械拋光，以便獲得如圖9所示的耗盡型結(jié)構(gòu)。就在蝕刻掉n+摻雜層30以便形成如圖7所示的包括翼部36和 基部34的開口 34之后，可以通過電子供應(yīng)阻擋層20來完成進一步 的凹進蝕刻，該蝕刻正好在5摻雜層18上方停止以便制造如圖10 所示的增強型器件。時間驅(qū)動蝕刻(未在圖7中示出)可以在間隔 物28下方部分地凹進圖7中的電子供應(yīng)阻擋層20中，以便增加晶 體管的閾電壓并形成增強型器件。器件層結(jié)構(gòu)幸免于高介電常數(shù)沉積工藝。在這之后可以進行肖特基柵電極38的濺鍍沉積或電子束沉積?？梢赃x擇柵電極38的功 函數(shù)以使其盡可能高，以便制作增強型器件。本發(fā)明的一些實施例可以通過在電極38的肖特基柵極金屬和半 導(dǎo)體阻擋層20之間并入高介電常數(shù)電介質(zhì)20來實現(xiàn)較低柵極漏電。 在一些實施例中，較低寄生串if關(guān)電阻可以由與柵極自對準(zhǔn)的重?fù)诫s 源漏區(qū)域產(chǎn)生。在一些實施例中，通過將電子供應(yīng)阻擋層20凹進蝕 刻至所需厚度來形成增強型量子阱場效應(yīng)晶體管。盡管關(guān)于有限數(shù)量的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的技術(shù)人 員將由此明白眾多修改和變型。希望所附權(quán)利要求覆蓋所有那些落 在本發(fā)明的真實精神和范圍內(nèi)的修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括在量子阱晶體管中形成自對準(zhǔn)源漏極。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括從摻雜層形成自對準(zhǔn)源漏 極；在所述摻雜層中形成開口；以及在所述摻雜層中沉積柵電極。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，包括沉積金屬柵電極。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，包括利用所述摻雜層上方的虛 擬柵極；隨后移除所述虛擬柵才及。
5. 如權(quán)利要求4所述的方法，包括利用所述虛擬柵極來定義 側(cè)壁間隔物。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，包括利用所述側(cè)壁間隔物來定 義自對準(zhǔn)源漏接觸物。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，包括在定義所述間隔物和所述 接觸物之后移除所述虛擬柵極。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，包括利用所迷接觸物和所述間 隔物作為掩模來蝕刻所述摻雜層并定義源漏極。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，包括蝕刻所述摻雜層以便底切 所述間隔物。
10. 如權(quán)利要求9所述的方法，包括在所述開口中沉積介電常 數(shù)大于IO的層。
11. 如權(quán)利要求10所述的方法，包括在所述電介質(zhì)上方形成 金屬柵電極。
12. 如權(quán)利要求11所述的方法，包括在所述柵極電介質(zhì)下方 形成阻擋層。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，包括通過所述電介質(zhì)將所述 金屬柵電極與所述阻擋層分離。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過蝕刻穿過所述摻雜層 來形成耗盡型晶體管。
15. 如權(quán)利要求13所述的方法，包括通過在上阻擋層上方形 成所述摻雜層并蝕刻進所述上阻擋層中以使得所述柵極電介質(zhì)延伸 穿過所述摻雜層并進入所述上阻擋層來形成增強型晶體管。
16. 如權(quán)利要求9所述的方法，包括控制蝕刻深度以確定形成 增強型還是耗盡型器件。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，包括蝕刻穿過所述摻雜層并 進入下面的阻擋層中以形成增強型器件。
18. —種方法，包括形成具有阻擋層和肖特基柵極金屬以及位于所述柵極金屬和所 述阻擋層之間的電介質(zhì)的量子阱晶體管，所述電介質(zhì)的介電常數(shù)大 于10。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，包括在所述量子阱晶體管中 形成自對準(zhǔn)源漏極。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，包括從摻雜層形成自對準(zhǔn)源 漏極；在所述摻雜層中形成開口；以及在所述摻雜層中沉積柵電極。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，包括沉積金屬柵電極。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，包括利用所述摻雜層上的虛 擬柵極；隨后移除所述虛擬柵極。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，包括利用所述虛擬柵極來定 義側(cè)壁間隔物。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，包括利用所述側(cè)壁間隔物來 定義自對準(zhǔn)源漏接觸物。
25. 如權(quán)利要求24所述的方法，包括在定義所述間隔物和所 述接觸物之后移除所述虛擬柵極。
26. 如權(quán)利要求25所述的方法，包括利用所述接觸物和所述 間隔物作為掩模來蝕刻所述摻雜層并定義源漏極。
27. 如權(quán)利要求26所述的方法，包括蝕刻所述摻雜層以便底切所述間隔物。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，包括在所述開口中沉積介電 常數(shù)大于10的電介質(zhì)。
29. 如權(quán)利要求28所述的方法，包括在所述電介質(zhì)上方形成 金屬柵電極。
30. 如權(quán)利要求29所述的方法，包括在所述電介質(zhì)下方形成 所述阻擋層。
31. 如權(quán)利要求30所述的方法，包括通過所述電介質(zhì)將所述 金屬柵電極與所述阻擋層分離。
32. 如權(quán)利要求20所述的方法，包括通過蝕刻穿過所述摻雜 層來形成耗盡型晶體管。
33. 如權(quán)利要求28所述的方法，包括通過在所述阻擋層上方 形成所述摻雜層并蝕刻進所述阻擋層中以使得所述電介質(zhì)延伸穿過 所述摻雜層并進入所述阻擋層中來形成增強型晶體管。
34. 如權(quán)利要求27所述的方法，包括控制蝕刻深度以確定形 成增強型還是^^盡型器件。
35. 如權(quán)利要求34所述的方法，包括蝕刻穿過所述摻雜層并 進入下面的阻擋層中以形成增強型器件。
36. —種量子阱晶體管，包括 第一和第二阻擋層；位于所述阻擋層之間的量子阱層； 4冊電纟及；以及與所述柵電才及自對準(zhǔn)的源漏極。
37. 如權(quán)利要求36所述的晶體管，包括位于所述柵電極上的 側(cè)壁間隔物。
38. 如權(quán)利要求37所述的晶體管，其特征在于，所述柵電極是 金屬柵電極。
39. 如權(quán)利要求38所述的晶體管，包括所述源極和漏極的接觸金屬。
40. 如權(quán)利要求36所述的晶體管，包括位于所述柵電極和所 述第一阻擋層之間的電介質(zhì)，所述電介質(zhì)的介電常數(shù)大于10。
41. 如權(quán)利要求40所述的晶體管，其特征在于，所述電介質(zhì)是 U形。
42. —種量子阱晶體管，包括 第一和第二阻擋層；位于所述阻擋層之間的量子阱層； 金屬柵電極；以及位于所述柵電極和所述第一阻擋層之間的電介質(zhì)，所述電介質(zhì) 的介電常數(shù)大于10。
43. 如權(quán)利要求42所述的晶體管，包括自對準(zhǔn)源漏極。
44. 如權(quán)利要求42所述的晶體管，包括位于所述柵電極上的側(cè) 壁間隔物。
45. 如權(quán)利要求42所述的晶體管，包括所述源極和漏極的接觸 金屬。
46. 如權(quán)利要求42所述的晶體管，其特征在于，所述電介質(zhì)是 U形。
全文摘要
可以利用置換金屬柵極法來形成量子阱晶體管或高電子遷移率晶體管?？梢岳锰摂M柵極來定義側(cè)壁間隔物和源漏接觸金屬?？梢砸瞥摂M柵極，并利用剩余結(jié)構(gòu)作為掩模來蝕刻摻雜層以形成與所述開口自對準(zhǔn)的源極和漏極。高介電常數(shù)材料可以涂覆所述開口的側(cè)面，然后可以沉積金屬柵極。結(jié)果，源極和漏極得以與金屬柵極自對準(zhǔn)。此外，金屬柵極通過該高介電常數(shù)材料而與下面的阻擋層隔離。
文檔編號H01L21/338GK101133498SQ200680006840
公開日2008年2月27日 申請日期2006年1月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者J·卡瓦利洛斯, J·布拉斯克, M·多茨, M·梅茨, R·曹, S·達塔 申請人:英特爾公司