[發明專利]一種超薄溝道凹槽隧穿場效應晶體管

有效

• 申請號: 201610250456.2
• 申請日: 2016-04-20
• 公開（公告）號: CN105679821B
• 公開（公告）日: 2018-10-12
• 發明（設計）人: 王穎;曹菲;王艷福;于成浩
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: H01L29/772
• 分類號: H01L29/772;H01L29/06;H01L29/10
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 杜軍

本發明公開了一種超薄溝道凹槽隧穿場效應晶體管,由柵極、源區、漏區、第一溝道區、第二溝道區、柵介質層、第一隔離層、第二隔離層以及埋氧層；其中，所述柵極與柵介質層位于溝道區之上位置，柵極兩側為隔離層。該新結構具有一個超薄的溝道這樣可以增強柵極和溝道的耦合，從而增強柵極的控制能力進而增加器件的隧穿電流。該結構的另一個特征就是將溝道的本征區(低摻雜區)延伸到了漏極區。總之，該結構器件相對于傳統的隧穿晶體管在亞閾值擺幅、開關電流比等電學特性以及穩定性方面都有較明顯改善。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路用器件,主要是一種超薄溝道凹槽場效應晶體管。

背景技術

隨著集成電路的發展，要求電路集成度也要隨著不斷地提高，進而要求半導體器件的特征尺寸要不斷地縮小。然而器件在小尺寸下將面臨一些嚴重的問題，例如MOSFET，它是構成集成電路最基本的器件之一，在較小特征尺寸下將會出現短溝道效應，漏致勢壘降低效應等不良現象，這些效應會增加器件的功耗甚至會使器件不能有效的開關即失效。目前降低功耗的常用的方法是在保證驅動電流的情況下減小工作電壓，這就意味著減小器件的閾值電壓。然而，當MOSFET在其特征尺寸小于45納米時，由于受到短溝道效應和亞閾值擺幅自身極限的影響，減小器件的工作電壓將不能夠有效的降低器件的功耗。為了解決集成電路功耗問題，研究人員提出了一種基于量子隧穿效應工作的全新的半導體器件，稱它為隧穿場效應晶體管(TFET)。TFET器件具有較低的泄漏電流和較小的亞閾值擺幅，可以有效地解決功耗問題。

在特征尺寸較大的TFET器件中，盡管柵工程和溝道工程被用來提高器件的開態電流、降低器件的亞閾值擺幅和消除雙極電流。但是當TFET器件的特征尺寸減小到亞20納米后，載流子在漏極電壓的作用下由源極區直接隧穿到達漏極區，導致較大的泄漏電流即器件中出現短溝道效應。在較大的特征尺寸的TFET器件中增強柵控能力可以比較有效的抑制短溝道效應。當特征尺寸減小亞10納米后，單純的通過增加柵控能力已經很難有效的降低短溝道效應。要使TFET器件能夠作為理想的開關器件應用在未來的低功耗集成電路中，必須縮小其特征尺寸來滿足未來硅基CMOS技術節點的要求，所以較小特征尺寸的TFET器件尤其是亞10納米器件的研究非常必要。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提出了一種新的器件結構，這里我們稱該結構為超薄溝道凹槽隧穿場效應晶體管，該結構具有一個超薄的溝道這樣可以增強柵極和溝道的耦合，從而增強柵極的控制能力進而增加器件的隧穿電流。該結構的另一個特征就是將溝道的本征區(低摻雜區)延伸到了漏極區。當器件處于關態時可以減小隧穿結處的電場并且增大了隧穿勢壘寬度，因此能夠有效的減小器件的關態泄漏電流。通過仿真驗證了超薄溝道凹槽隧穿晶體管在較小特征尺寸時通過調整漏極區本征層的厚度可以有效的抑制短溝道效應。總之，該新結構相對于傳統的隧穿晶體管在亞閾值擺幅、開關電流比等電學特性以及穩定性方面都有所改善。

實現本發明目的技術方案：

本發明一種超薄溝道凹槽隧穿場效應晶體管，特征在于：包括柵極、源區、漏區、第一溝道區、第二溝道區、柵介質層、第一隔離層以及埋氧層；所述的柵極下方設有柵介質層，柵極與柵介質層位于第一溝道區上，第一隔離層將柵極與源區隔離開，第二隔離層將柵極與漏區隔離開；第一隔離層和第二隔離層的厚度不小于柵介質層的厚度；第二溝道區設置在漏區的下方，源區、第一溝道區、第二溝道區設置在埋氧層上；其中第二溝道區的厚度不小于第一溝道區且不大于源區的厚度。

所述的源區2摻雜濃度為1×10²⁰cm^-3。

所述的漏區3摻雜濃度為5×10¹⁸—1×10²⁰cm^-3。

所述的溝道區4a與溝道區4b的摻雜濃度是一致的，濃度不大于1×10¹⁷cm^-3。

所述的隔離層6是由空氣或者是其它的絕緣介質層構成的。