[發(fā)明專利]雙材料柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210451527.7
• 申請(qǐng)日: 2012-11-13
• 公開（公告）號(hào): CN102956709A
• 公開（公告）日: 2013-03-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何進(jìn);張愛(ài)喜;梅金河;杜彩霞;張立寧;葉韻
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)深圳研究院
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/43;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 深圳市惠邦知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44271
• 代理人: 滿群

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路應(yīng)用器件領(lǐng)域，特別涉及一種雙材料柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件及其制造方法。

背景技術(shù)

近年來(lái)，隨著器件尺寸的不斷縮小，傳統(tǒng)金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件遭遇短溝效應(yīng)等瓶頸，進(jìn)一步發(fā)展受到限制。為提高器件綜合性能，研究人員提出了基于不同工作原理的多種新型器件，其中，隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件因其優(yōu)秀的亞閾值特性和非常低的泄漏電流而備受關(guān)注。為更好發(fā)揮隧穿器件性能優(yōu)勢(shì)，隧穿機(jī)制被應(yīng)用到不同器件結(jié)構(gòu)上，配合新型器件結(jié)構(gòu)所具有的特點(diǎn)進(jìn)一步提高器件性能。環(huán)柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件便是其中之一。而對(duì)納米線本身來(lái)說(shuō)，盡管其具有優(yōu)良的柵控能力，但隨著溝道半徑縮減，其泄漏電流等特性受到較大的影響。

CN03137771.8公開了一種雙柵金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制備方法,它的目的是提供一種自對(duì)準(zhǔn)的電分離雙柵金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(MOS晶體管)。該技術(shù)方案:?所述雙柵MOS晶體管，包括硅襯底及其上的絕緣介質(zhì)層、源/漏區(qū)、溝道區(qū)、柵介質(zhì)層、柵電極；所述溝道區(qū)為所述絕緣介質(zhì)層上一垂直于所述硅襯底的硅墻；所述溝道區(qū)左右兩側(cè)對(duì)稱地依次縱向排列所述柵介質(zhì)層、柵電極；分布在所述溝道區(qū)左右兩側(cè)的柵電極相互自對(duì)準(zhǔn)且電分離。其不足之處是:?該雙柵MOS晶體管本質(zhì)上并沒(méi)有降低器件工作時(shí)的亞閾值斜率從而提高器件速度和降低靜態(tài)功耗，而是通過(guò)應(yīng)用動(dòng)態(tài)和多閾值電壓控制，對(duì)主柵和輔柵分別使用不同的偏置電壓，且輔柵電壓需根據(jù)電路處于工作狀態(tài)還是閑置狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，因此需要對(duì)主柵和輔柵進(jìn)行介質(zhì)層分隔的工藝處理，這大大增加了該器件結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，從而增加了器件的工藝成本。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種低泄漏電流，高柵控能力，獲得更低亞閾值斜率，有效抑制漏致勢(shì)壘降低效應(yīng)，從而改善器件在尺寸縮小過(guò)程中的性能惡化狀況，提高器件綜合性能的環(huán)柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件。本發(fā)明的另一目的是提供一種雙材料柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件的制造方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是所述雙材料柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件，包括源區(qū)、溝道、漏區(qū)和柵電極，其特殊之處在于：所述器件中心為溝道，溝道兩端分別設(shè)有源區(qū)、漏區(qū)，溝道外圍依序覆設(shè)氧化物和柵電極。

作為優(yōu)選：所述柵電極由兩種功函數(shù)不同的金屬材料組成；臨近源區(qū)柵電極的功函數(shù)為4.0eV，臨近漏區(qū)柵電極的功函數(shù)為4.4eV；接近所述源區(qū)的柵電極材料功函數(shù)小于接近所述漏區(qū)的柵電極材料功函數(shù)。

作為優(yōu)選：所述源區(qū)、漏區(qū)摻雜類型相反，均為減少寄生效應(yīng)的重?fù)诫s。

作為優(yōu)選：所述溝道兩端為不同材料的源區(qū)和漏區(qū)；所述溝道為低摻雜。?

作為優(yōu)選：所述溝道兩端為相同材料的源區(qū)和漏區(qū)；其中：源區(qū)p型重?fù)诫s硅材料，漏區(qū)n型摻雜硅材料，溝道n型輕摻雜硅材料。?

作為優(yōu)選：所述氧化物為氧化硅。?

作為優(yōu)選：在開態(tài)下，靠近源區(qū)端的柵電極功函數(shù)屏蔽了靠近漏區(qū)端的較大柵電極功函數(shù)對(duì)溝道導(dǎo)帶和源區(qū)價(jià)帶的能帶重疊的影響，從而不影響隧穿概率和開態(tài)電流特性；在關(guān)態(tài)下，靠近漏區(qū)的較大柵電極功函數(shù)使得溝道能帶向上彎曲形成一勢(shì)壘，所述勢(shì)壘減慢了關(guān)態(tài)非直接隧穿載流子流向漏區(qū)的平均速率，當(dāng)靠近源端柵電極功函數(shù)4.0～4.6eV，靠近漏端柵電極功函數(shù)比源端柵電極功函數(shù)大0.4～0.6eV時(shí)，可同時(shí)避免漏區(qū)產(chǎn)生直接隧穿電流。?

作為優(yōu)選：所述源區(qū)的摻雜材料為硼重?fù)诫s、摻雜濃度為1×10¹⁹～2×10²⁰cm^-3。

所述溝道的摻雜材料為N型或P型輕摻雜、摻雜濃度為1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3；或者溝道不摻雜；

所述漏區(qū)的摻雜材料為磷或砷重?fù)诫s、摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3；

所述柵氧化層的材料選用二氧化硅或high-K材料；

所述柵氧化層的厚度為1.2nm～2nm；

在總柵長(zhǎng)為定值時(shí)，靠近源區(qū)端柵長(zhǎng)占全部柵長(zhǎng)30%～50%；

靠近源端柵電極功函數(shù)4.0～4.4eV，靠近漏區(qū)端柵電極功函數(shù)比前者大0.4～0.6eV。

本發(fā)明的另一技術(shù)解決方案是所述雙材料柵納米線隧穿場(chǎng)效應(yīng)器件的制造方法，其特殊之處在于，包括以下步驟：

⑴在硅圓片上用圓形氮化硅硬掩模，SF6刻蝕出硅柱；