简单认识In0.53Ga0.47As n-FinFET器件技术

对于III‌-V族化合物半导体，由于电子迁移率高、直接带隙等优良电学性能，不仅有多种二元化合物，还可组合具有特定晶格常数、禁带宽度等特性的三元、四元化合物，一直是发展多种电学、光学器件的源泉。人们多年来曾致力于研究GaAs 等多种化合物绝缘栅场效应器件，不断探索其在 CMOS 集成电路中的应用可能性。近年In0.53Ga0.47As材料与器件受到多方面研究。这种组分的In0.53Ga0.47As 三元化合物，具有一些独特性质，有益于研制微电子和光电子器件，其室温下禁带宽度约0.75 eV，介于硅和锗之间，适于研制低电压电子器件，也宜于制作近红外探测器等光电器件。

In0.53Ga0.47As晶体的电子迁移率接近10 000 cm2/V•s，用于制作高迁移率 n-沟 MOS晶体管，并与锗P-沟器件相结合，有可能成为研制高性能纳米CMOS集成芯片新技术的有效途径，因而受到重视与深入研究。In0.53Ga0.47As晶格常数约5.87A，与InP 相匹配，因此，有研究工作直接以 InP 晶片衬底，也有研究者采用硅衬底，以 MOCVD 或 MIBE 技术外延缓冲层后，再生长In0.53Ga0.47As半导体晶膜，用以研发n-沟 MOS 器件制造技术。外延生长优质化合物晶膜与优选栅界面材料、结构，是I-V族化合物场效应器件技术的关键。经过多年探索、研究，在平面和立体栅化合物器件工艺及性能研究中获得显著进展，晶体管性能不断改进。例如，亚阈值摆幅（S）约72mV/dec，已接近硅器件，驱动电流提高，漏电流下降，在VDs=0.5 V条件下，Ion /Ioff＞106，漏致势垒降低（DIBL）可降到约26 mV/V，通过优化界面层工艺、抑制界面散射，沟道有效电子迁移率（patt）可达3100 cm/V • s。

通过异质外延技术在硅片上制作In0.53Ga0.47As场效应器件，是研发高迁移率CMOS集成技术的重要途径。TSMC公司在300mm 硅片上先后研发硅基In0.53Ga0.47As平面和立体多栅（FinFET）n-沟器件技术。图8.70 显示In0.53Ga0.47Asn -FinFET的结构剖视图。其主要制造工艺如下：以MOCVD 工艺音先异质外延GaAs、InP过渡缓冲层，再生长In0.53Ga0.47As器件层；应用干、湿法刻蚀工艺，形成高45 nm、宽15 nm 的In0.53Ga0.47As薄晶体；与硅FinFET制作相近，采用置换工艺形成晶体管结构，多晶硅假栅形成后，在薄体两端外延生长n+一In0.53Ga0.47As源漏区，把薄体包围；去除假栅与表面清洗处理后，用 ALD 技术淀积界面层、高k介质与金属，形成栅叠层；最后完成金属接触工艺。还有报道在300mm 硅片上研制纳米线环栅n一沟In0.53Ga0.47As器件，应用新材料栅叠层结构，栅长50 nm 的晶体管跨导（gm）可达到2200uS/um。虽然现有技术研制的硅基In0.53Ga0.47As立体栅n一沟 MOS 晶体管，已具有较良好器件性能，但要集成为高性能CMOS 芯片制造技术并进入生产应用，尚有一系列工艺集成技术难题有待研究解决。