[發(fā)明專利]無摻雜的L形隧穿場效應晶體管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-03-24
• 公開（公告）號: CN109935631B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設計）人: 李聰;郭嘉敏;莊奕琪;閆志蕊;劉偉峰;李振榮;湯華蓮
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L29/423
• 分類號: H01L29/423;H01L29/49;H01L29/51;H01L29/10;H01L29/16;H01L29/739;H01L21/28;H01L21/331
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種無摻雜的L形隧穿場效應晶體管，包括：SOI襯底、異質柵介質層、金屬層和導電層；SOI襯底的兩側設有隔離槽；SOI襯底的上表面設有源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)；異質柵介質層和金屬層位于溝道區(qū)的上側，其特征在于：

所述源區(qū)、溝道區(qū)和漏區(qū)，均采用非摻雜的本征材料；

所述柵介質層，采用異質柵介質結構，且靠近源區(qū)一側采用高K介質材料，靠近漏區(qū)一側采用低K介質材料；

所述金屬層，設為上下兩層，上層采用功函數為5.93eV的金屬鉑，下層采用功函數低于5.0eV的金屬，這兩層金屬之間用二氧化硅隔離。

2.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于：SOI結構的襯底由初始硅片、中間氧化物埋層和硅外延層構成。

3.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于：

高K介質材料采用HfO₂或Al₂O₃或Ta₂O₅；

低K介質材料采用SiO₂。

4.根據權利要求1所述的場效應晶體管，其特征在于，下層金屬材料采用功函數為4.2eV的鎵金屬或功函數為4.5eV的鎢金屬或功函數為4.7eV的銅金屬。

5.一種無摻雜的L形隧穿場效應晶體管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)準備本征或者輕摻雜的硅襯底，在其表面依次淀積厚度為10～15nm的氧化物埋層和厚度為13～15nm的外延硅；

2)在外延硅的兩側進行光刻和刻蝕，刻蝕到氧化物埋層停止，形成深度為13～15nm的淺溝槽隔離區(qū)，在淺溝槽隔離區(qū)內淀積二氧化硅，并將表面打磨平整；

3)在外延硅表面的左側刻蝕，形成深度為1～2nm的源區(qū)金屬接觸凹槽，在凹槽內淀積金屬鉑作為源極；

4)在外延硅表面的中部進行光刻和刻蝕，形成深度為8～10nm的L形的凹槽結構；

5)在L形的凹槽上淀積厚度為2～3nm的異質柵介質；

6)350～850℃的溫度條件下，在異質柵介質層表面的左側先淀積厚度6～7nm的柵極金屬，其采用功函數低于5.0eV的金屬，再在柵極金屬的凹槽中淀積一層厚度為1～2nm的二氧化硅作隔離，再在400～600℃的溫度條件下，隔離層表面上淀積厚度為4～5nm的鉑金屬作源極；

7)利用光刻和刻蝕工藝將異質柵介質的右側去掉，暴露出漏區(qū)，然后在800℃的溫度條件下，在暴露的漏區(qū)表面淀積厚度為3～4nm的金屬鉿作為漏極；

8)在源極、漏極和柵極上光刻引線窗口，刻蝕形成引線孔，并濺射金屬，完成源極、漏極和柵極的引線，最終完成無摻雜的L形隧穿場效應晶體管的制備。

6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，步驟2)中在外延硅的兩側進行光刻和刻蝕，形成淺溝槽隔離區(qū)，其實現(xiàn)如下：

2a)在外延硅表面淀積厚度為2～5nm的SiO₂作為墊底氧化層，然后在該層表面淀積厚度為10～15nm的Si₃N₄作為保護層；

2b)利用光刻工藝在Si₃N₄保護層上形成淺溝槽隔離區(qū)圖形；

2c)利用干法刻蝕工藝在淺溝槽隔離區(qū)圖形處刻蝕，刻蝕到氧化物埋層停止，形成深度為13～15nm的淺溝槽隔離區(qū)。

7.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中在外延硅表面的中部進行光刻和刻蝕，形成L形的凹槽結構，其實現(xiàn)如下：

4a)在外延硅表面先淀積厚度為2～5nm的SiO₂作為墊底氧化層，再在該層表面淀積厚度為10～15nm的Si₃N₄作為保護層；

4b)利用光刻工藝在Si₃N₄保護層上，形成L形的凹槽區(qū)域圖形；

4c)利用干法刻蝕工藝在凹槽區(qū)域圖形處刻蝕8～10nm，形成L形的凹槽結構。