[發明專利]一種無結型場效應晶體管及其制造方法

在審

• 申請號: 202010796589.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111883579A
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 劉凱;樓海君;林信南
• 申請（專利權）人: 北京大學深圳研究生院
• 主分類號: H01L29/08
• 分類號: H01L29/08;H01L29/06;H01L29/78;H01L21/336;B82Y40/00
• 代理公司: 深圳鼎合誠知識產權代理有限公司 44281
• 代理人: 郭燕

一種無結型場效應晶體管，包括無結納米線，所述無結納米線包括沿其軸線方向依次定義的源區、溝道區和漏區；環所述溝道區的外周表面全覆蓋有柵電介質層，環所述柵電介質層的外周表面全覆蓋有柵電極層；由于無結型場效應晶體管源電介質層和漏電介質層分別位于源區的端面和漏區的端面，使得器件在工作時，金屬與半導體體硅接觸的位置與溝道相距更近，所以源漏電阻降低，從而極大的增大了器件的開態電流，邊緣粗糙度造成器件電學特性的波動進一步受到抑制，提高了器件電學特性的穩定性。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路應用器件領域，具體涉及一種無結型場效應晶體管及其制造方法。

背景技術

MOS器件遵循“摩爾定律”，特征尺寸持續按比例微縮，基于PN結的MOS場效應晶體管器件弊端越來越明顯：例如，為了減小器件尺寸，使器件的源漏距離不斷縮短，造成源漏穿通，產生短溝道效應，使得器件的柵控能力變差，器件性能及可靠性嚴重退化；現有技術中提出制作超陡PN結的方法防止源漏穿通，以避免短溝道效應，但是，由于摻雜原子難以統計分布且摻雜原子易擴散等原因，在納米尺度范圍內制作超陡PN結異常困難，使得該方法造價高、實用性低。

為克服結型場效應晶體管器件在納米尺度范圍所面臨的難以逾越的障礙，提出了無結的納米線場效應晶體管。目前常用的無結的納米線場效應晶體管結構有兩種，一種是傳統的摻雜型無結器件；另一種是基于charge-plasma結構的無結器件。

第一種傳統的無結器件是依靠源漏區內部重摻雜，利用柵極偏置電壓改變垂直于導電溝道的電場強度，使溝道內的多數載流子累計或者耗盡，從而調制溝道電導控制溝道電流。所述傳統的摻雜型無結器件的工作原理與摻雜濃度密切相關，因此非常容易受到摻雜工藝波動的影響，導致摻雜濃度不一致，從而影響到該結構器件的電學性能的穩定性，限制了該結構器件在電路中的應用。

而第二種基于charge-plasma結構的無結器件的摒除了傳統的摻雜型無結器件基于摻雜的工作模式，基于charge-plasma結構的無結器件的結構包括無結納米線，沿所述無結納米線軸線上定義為源區、溝道區和漏區；所述源區和漏區的外表面全覆蓋有源漏金屬層，并且源區和漏區與源漏金屬之間部分具有源漏介質層，該種器件工作原理是：通過控制源漏金屬層與柵極金屬層的功函數來調節晶體管的類型，并且通過源漏金屬層在源漏區域內部誘導載流子，負責誘導出載流子的金屬層與體硅(也就是無結納米線)之間由源漏電介質隔開，在源漏區表面沒有覆蓋源漏電介質層的位置形成載流子通路，使得器件工作。由于該種器件的體硅摻雜濃度非常低，因此，該器件不僅抑制了摻雜工藝的影響，而且能達到所需功能，因此，基于charge-plasma結構的無結器件成為無結的納米線場效應晶體管的主流結構。

但是，相關研究結果表明，目前的基于charge-plasma結構的無結器件開態電流較小并且因個體不同其電學性能差異大，器件電學特性的穩定性有待提高。

發明內容

本發明提供一種無結型場效應晶體管及其制造方法，提高器件電學特性的穩定性。

根據第一方面，一種實施例中提供一種無結型場效應晶體管，包括：

無結納米線，所述無結納米線包括沿其軸線方向依次定義的源區、溝道區和漏區；

環所述溝道區的外周表面全覆蓋有柵電介質層，環所述柵電介質層的外周表面全覆蓋有柵電極層；

所述源區的外表面依次形成有源電介質層和源電極層，所述源電介質層形成于所述源區的端面，所述源電極層形成于所述源區的外周表面和源電介質層上，并全部覆蓋所述源區的外表面和源電介質層；

所述漏區的外表面依次形成有漏電介質層和漏電極層，所述漏電介質層形成于所述漏區的端面，所述漏電極層形成于所述漏區的外周表面和漏電介質層上，并全部覆蓋所述漏區的外表面和漏電介質層。

可選的，所述源電極層與所述柵電極層之間具有隔離層；所述漏電極層與所述柵電極層之間具有隔離層。