[發明專利]垂直溝道雙機制導通納米線隧穿晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 201410162765.5
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103996713B
• 公開（公告）日: 2017-02-15
• 發明（設計）人: 王超;黃如;吳春蕾;黃芊芊;趙陽
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336;H01L21/265
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙)11360
• 代理人: 朱紅濤

1.一種垂直溝道雙機制導通納米線隧穿晶體管，包括熱電子發射源區(9)，隧穿源區(3)，溝道區(2)，隧穿漏區(1)，以及納米線的柵(5)；控制柵環繞于溝道，其特征是，帶帶隧穿發生在隧穿源區(3)與溝道(2)交界面處，在隧穿源區(3)下方存在一個與隧穿源區摻雜類型相反的熱電子發射源區(9)；并且隧穿源區電位浮置，器件的源端電位加在熱電子發射源區；對于N型器件來說，熱電子發射源區為N型重摻雜，隧穿源區為P型重摻雜，漏區為N型重摻雜，溝道區為P型輕摻雜；而對于P型器件來說，熱電子發射源區為P型重摻雜，隧穿源區為N型重摻雜，漏區為P型重摻雜，溝道區為N型輕摻雜。

2.如權利要求1所述的隧穿晶體管，其特征是，

對于N型器件來說，熱電子發射源區為N型重摻雜，摻雜濃度為1E20cm^-3-1E21cm^-3；隧穿源區為P型重摻雜，摻雜濃度為1E18cm^-3-1E20cm^-3；漏區為N型重摻雜，摻雜濃度為1E18cm^-3-1E19cm^-3；溝道區為P型輕摻雜，摻雜濃度為1E13cm^-3-1E15cm^-3；

對于P型器件來說，熱電子發射源區為P型重摻雜，摻雜濃度為1E20cm^-3-1E21cm^-3；隧穿源區為N型重摻雜，摻雜濃度為1E18cm^-3-1E20cm^-3；漏區為P型重摻雜，摻雜濃度為1E18cm^-3-1E19cm^-3；溝道區為N型輕摻雜，摻雜濃度為1E13cm^-3-1E15cm^-3。

3.如權利要求1所述的隧穿晶體管，其特征是，隧穿源區摻雜濃度根據對應熱電子發射源區摻雜濃度不同而取值在1E18cm^-3-1E20cm^-3之間，沿溝道方向寬度取值在50nm-1.5um之間。

4.如權利要求1所述的隧穿晶體管，其特征是，納米線形成的柵為短柵結構，在漏端形成一個10nm-500nm的underlap結構。

5.將權利要求1-4所述的隧穿晶體管應用于半導體材料。

6.一種垂直溝道雙機制導通納米線隧穿晶體管的制備方法，其特征是，包括以下步驟：

(1)襯底準備：未摻雜的半導體襯底，進行發射區源區注入；

(2)在襯底上外延生長一層Si，并進行隧穿源區注入，形成隧穿源區；

(3)外延生長一層未摻雜的Si；

(4)初始熱氧化并淀積一層氮化物，并光刻出垂直溝道圖形；

(5)除去之前的氮化物，生長納米線柵介質材料，淀積柵材料；

(6)回填二氧化硅，其厚度為器件短柵的柵長；

(7)去除多余的柵材料，形成納米線柵結構；

(8)離子注入，完成漏區雜質注入；

(9)快速高溫退火激活雜質；

(10)最后進入同CMOS一致的后道工序，即可制得所述的垂直溝道雙機制導通納米線隧穿晶體管。

7.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，所述步驟(1)中的半導體襯底材料選自Si、Ge、SiGe、GaAs或其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半導體、絕緣體上的硅(SOI)或絕緣體上的鍺(GOI)。

8.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中的柵介質層材料選自SiO₂、Si₃N₄或高K柵介質材料。

9.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中的生長柵介質層的方法選自下列方法之一：常規熱氧化、摻氮熱氧化、化學氣相淀積和物理氣相淀積。

10.如權利要求6所述的制備方法，其特征是，所述步驟(5)中的柵材料選自摻雜多晶硅、金屬或金屬硅化物。