[發明專利]使用鐵電材料的凹陷溝道型晶體管及其制造方法

無效

• 申請號: 201010251137.6
• 申請日: 2010-08-12
• 公開（公告）號: CN101916782A
• 公開（公告）日: 2010-12-15
• 發明（設計）人: 臧松干;王鵬飛;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/24;H01L29/10;H01L29/43;H01L21/336
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于快速開關技術領域，具體涉及一種半導體場效應晶體管及其制造方法，特別涉及一種使用鐵電材料的凹陷溝道型晶體管及其制造方法。

背景技術

金屬-氧化物-硅場效應晶體管（MOSFET）的亞閾值擺幅(SS)定義為亞閾值區工作條件下，漏極電流變化一個數量級時所需要的柵極電壓增量，其公式為：

式中，是柵極電壓，為表面勢，為表面耗盡層電容，為柵極氧化層電容，為源漏之間的電流。理想情況下，的值為1，SS在室溫下可以達到最小值60mv/dec。受最小的SS值60mv/dec的限制，小尺寸情況下的MOSFET的開關速度較慢。碰撞電離型場效應晶體管（IFET）和隧穿場效應晶體管（TFET）可以通過改變的值來降低SS值，而浮柵晶體管（SGFET）可以通過改變的值來降低SS值。

最近，一種使用鐵電材料的場效應晶體管（Fe-FET）被提了出來，其基本結構如圖1所示，該Fe-FET?100包括半導體襯底101，以及在襯底101上形成源區102和漏區103。與傳統MOSFET相比，Fe-FET?100的柵氧化層104和柵電極106之間添加了一層薄的鐵電材料105。鐵電材料層105相當于一個電壓轉換器，可以放大柵極電壓，這樣就可以使SS值低于最小的60mv/dec。

同時，隨著MOSFET尺寸的不斷縮小，單位陣列上的晶體管密度也越來越高，隨之而來的短溝道效應也愈加明顯。如今的集成電路器件技術節點已經處于50納米左右，MOSFET源漏極之間的漏電流，隨著溝道長度的縮小而迅速上升。當溝道長度下降到30納米以下時，有必要使用新型的器件來獲得較小的漏電流，從而降低芯片功耗。

柵控PNPN晶體管和柵控P-i-N晶體管都是漏電流非常小的晶體管，可以大大降低芯片的功耗。但是，隨著柵控PNPN場效應晶體管和柵控P-i-N晶體管的尺寸縮小到20納米以下，其漏電流也在隨器件的縮小而上升。普通柵控PNPN晶體管和柵控P-i-N晶體管的驅動電流較MOSFET低2-3個數量級，因此需要提高其驅動電流，以提高集成柵控PNPN晶體管和柵控P-i-N晶體管的芯片的性能。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種半導體場效應晶體管，該半導體場效應晶在提高驅動電流的同時，也可以抑制漏電流和亞閾值擺幅的增加。并且提供該半導體場效應晶體管的制備方法。

本發明提出的半導體場效應晶體管，是一種使用SiGe源極的凹陷溝道型柵控P-i-N晶體管和柵控PNPN晶體管。

所述的柵控P-i-N晶體管至少包括：

一個具有第一種摻雜類型的半導體襯底；

在所述半導體襯底上形成的具有第二種摻雜類型的漏區；

在所述半導體襯底上形成的具有第一種摻雜類型的SiGe源區；

位于所述漏區與所述源區之間形成的凹陷溝道區域；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋整個凹陷溝道區域的絕緣薄膜；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋所述絕緣薄膜的鐵電材料層；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋所述鐵電材料層的導電層。

進一步地，所述的半導體襯底為單晶硅、多晶硅或者為絕緣體上的硅(SOI)。所述的絕緣薄膜為SiO₂或高k材料，一層或兩層。所述的鐵電材料層為偏二氟乙烯與三氟乙烯的二元共聚物P(VDF-TrFE)、鉭酸鍶鉍SBT（SrBi₂Ta₂O₉）或者為鋯鈦酸鉛PZT（PbZr_xTi_1-xO₂）。所述的導電層為多晶硅、鎢金屬、氮化鈦、氮化鉭或金屬硅化物，或者為它們之中幾種的混合物。所述的第一種摻雜類型為p型，第二種摻雜類型為n型；或者，所述的第一種摻雜類型為n型，第二種摻雜類型為p型。

所述的柵控PNPN晶體管，至少包括：

一個具有第一種摻雜類型的半導體襯底；

在所述半導體襯底上形成的具有第二種摻雜類型的漏區；

在所述半導體襯底內靠近所述漏區的一側形成的一個凹陷型溝道區域；

在所述半導體襯底上所述凹陷溝道區域的非漏區側形成的具有第一種摻雜類型的SiGe源區；

在所述半導體襯底上所述SiGe源區之下形成的具有第二種摻雜類型的SiGe耗盡區；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋整個凹陷溝道區域的絕緣薄膜；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋所述絕緣薄膜的鐵電材料層；

在所述凹陷溝道區域之上形成的覆蓋所述鐵電材料層的導電層。