[發(fā)明專利]帶有源應(yīng)變?cè)吹腉eSnn溝道隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410057722.0
• 申請(qǐng)日: 2014-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN103824885A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉艷;韓根全;王洪娟
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/78
• 分類號(hào): H01L29/78;H01L29/06
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種帶有源應(yīng)變?cè)吹腉eSn?n溝道?TFET(Tunneling?Field-Effect?Transistor：隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。

背景技術(shù)

隨著集成電路的進(jìn)一步發(fā)展，芯片特征尺寸的進(jìn)一步縮小，單個(gè)芯片上集成的器件數(shù)目的增多，功耗越來越成為人們所關(guān)注的問題。根據(jù)ITRS數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)特征尺寸縮小到32nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，功耗會(huì)是預(yù)計(jì)趨勢(shì)的8倍，即隨著特征尺寸的逐步縮小，傳統(tǒng)的MOS器件就功耗方面將不能滿足需求（Nature,vol479,?329-337,2011）。另外，MOSFET尺寸的減小面臨著室溫下亞閾值斜率最小為60mv/decade的限制。基于隧穿效應(yīng)的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管與MOSFET相比沒有亞閾值斜率最小為60mv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。如何增大隧穿幾率、增大隧穿電流成為TFET研究的重點(diǎn)。理論和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯示直接隧穿比間接隧穿具有更大的隧穿幾率，進(jìn)而產(chǎn)生更大的隧穿電流（Journal?of?applied?physics?113,194507,2013）。

??理論證實(shí)，當(dāng)Sn的組分達(dá)到6.5%~11%時(shí)，弛豫的GeSn材料會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋叮↗ournal?of?Applied?Physics113,073707,2013）。此時(shí)則會(huì)在源與溝道之間形成直接隧穿，有效的增大隧穿幾率，增大隧穿電流，提高器件的性能。但是，Sn組分的增加會(huì)使整個(gè)材料的質(zhì)量以及熱穩(wěn)定性變差，只是通過增加Sn的組分得到直接帶隙的GeSn是困難的。理論計(jì)算顯示，GeSn中引入雙軸張應(yīng)變有利于材料向直接帶隙的轉(zhuǎn)變（Appl.Phys.Lett.,vol.98,no.1,pp.011111-1-011111-3,2011）。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種帶有源應(yīng)變?cè)吹腉eSn?n溝道隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管（TFET）的結(jié)構(gòu)。其中源極、?n溝道的材料相同，同為單晶GeSn，通式為Ge_1-xSn_x（0≤x≤0.25），源應(yīng)變?cè)吹木Ц癯?shù)比溝道GeSn的晶格常數(shù)大，形成沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道的平面內(nèi)形成雙軸張應(yīng)變。這種應(yīng)變狀態(tài)有利于GeSn材料向直接帶隙轉(zhuǎn)變，發(fā)生直接隧穿，增大隧穿電流，提高器件性能。

本發(fā)明用以實(shí)現(xiàn)上述目的的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明所提出的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有一GeSn?n溝道、一源極、一漏極、一源應(yīng)變?cè)础⒁唤^緣介電質(zhì)薄膜、一柵電極。其中，源極和?n溝道為單晶GeSn材料，絕緣介電質(zhì)薄膜位于?n溝道上，柵電極覆蓋在絕緣介電質(zhì)薄膜上，源極應(yīng)變?cè)瓷L在源極上。其關(guān)鍵是，源應(yīng)變?cè)碐eSn晶格常數(shù)比?n溝道GeSn的晶格常數(shù)大，從而產(chǎn)生沿溝道方向的單軸壓應(yīng)變，沿垂直溝道方向的平面內(nèi)的雙軸張應(yīng)變。該應(yīng)變有利于溝道GeSn轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋叮l(fā)生直接隧穿，增大隧穿電流。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)分析如下：

?由于本發(fā)明的源極、n溝道、應(yīng)變?cè)床牧蠟閱尉eSn，通過改變GeSn中Sn的組分，使得源應(yīng)變?cè)吹木Ц癯?shù)比源、溝道區(qū)域的材料的晶格常數(shù)大，從而形成對(duì)溝道區(qū)的應(yīng)變，在yz平面內(nèi)為雙軸張應(yīng)變，在x方向?yàn)閱屋S壓應(yīng)變，這種應(yīng)變有利于溝道GeSn向直接帶隙轉(zhuǎn)變，發(fā)生直接隧穿，增大隧穿電流，提高器件性能。

附圖說明

圖1?為GeSn?n溝道TFET的立體模式圖。

圖2?為GeSn?n溝道TFET的XY面剖面圖。

圖3為GeSn?n溝道TFET制造的第一步。

圖4為GeSn?n溝道TFET制造的第二步。

圖5為GeSn?n溝道TFET制造的第三步。

圖6為GeSn?n溝道TFET制造的第四步。

具體實(shí)施方式

為了幫助本領(lǐng)域技術(shù)人員更為清晰地了解本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工藝實(shí)現(xiàn)：

參見圖1和圖2所示的帶有源應(yīng)變?cè)吹腉eSn?n溝道隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括：

一n溝道103，材料為單晶GeSn，通式為Ge_1-xSn_x（0≤x≤0.25），如可采用Ge_0.95Sn_0.05；

一絕緣介電質(zhì)薄膜105，生長在溝道上，如采用H-k（高k值）材料二氧化鉿H_fO₂；

一柵電極104，覆蓋在所述絕緣介電質(zhì)薄膜上；