專利名稱：一種叉指型柵結(jié)構(gòu)的低功耗隧穿場效應晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CMOS超大集成電路(ULSI)中的場效應晶體管邏輯器件與電路領(lǐng)域， 具體涉及一種隧穿場效應晶體管(TFET)。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸不斷縮小，器件短溝道效應等負面影響日益加劇。DIBL(漏至勢壘降低效應)、帶帶隧穿效應使得器件關(guān)態(tài)漏泄電流不斷增大。不僅如此，傳統(tǒng)MOSFET器件亞閾值斜率由于受到KT/q的理論限制而無法隨著器件尺寸的縮小而同步減小。因此伴隨著器件閾值電壓降低，亞閾值漏泄電流也在不斷地升高。如今，由此帶來的靜態(tài)功耗問題已經(jīng)成為小尺寸器件下大家關(guān)注的焦點。為了突破常規(guī)MOSFET亞閾值斜率60mv/dec的理論極限，降低器件的靜態(tài)功耗，同時也降低開關(guān)過程中的動態(tài)功耗，我們需要采用新穎導通機制的器件。隧穿場效應晶體管TFET，由于其采用量子力學隧穿的導通機制從而突破了常規(guī) MOSFET亞閾區(qū)的理論限制，應用前景相當廣闊。在傳統(tǒng)在平面硅技術(shù)中，TFET的結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)MOSFET類似，控制柵具有一定的寬長比。如圖1所示。目前TFET遇到的主要挑戰(zhàn)是受制于隧穿的影響而導致的驅(qū)動電流地不足?，F(xiàn)階段提高TFET導通電流的主要方法有(1)減薄柵介質(zhì)層厚度，提高柵介質(zhì)層的介電常數(shù)從而提高柵控能力，此方法采用高K介質(zhì)對比生長二氧化硅柵介質(zhì)來說工藝相對復雜，而且由于受到柵漏電的影響，介質(zhì)層厚度也有一個極限值；( 采用窄禁帶半導體材料，減小隧穿勢壘寬度，提高隧穿電流，該方法由于引入其他半導體材料無疑增加了成本以及工藝復雜度。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種叉指型柵結(jié)構(gòu)低功耗隧穿場效應晶體管，該TFET結(jié)構(gòu)能在不改變工藝技術(shù)前提下，利用相同的有源區(qū)面積顯著提升器件導通電流。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種低功耗隧穿場效應晶體管，包括源、漏和控制柵，其特征在于，控制柵向源端延展成叉指型，所述控制柵具體包括兩部分，延展出來的柵區(qū)為叉指柵，原控制柵區(qū)為主柵，在延展柵覆蓋下的有源區(qū)同樣是溝道區(qū)，材料為襯底材料。所述的叉指柵個數(shù)任意，但是叉指柵寬度總和小于源區(qū)注入寬度，以保證叉指柵被源區(qū)包圍。所述延展柵的寬度任意，只需要保證叉指柵寬度總和小于源區(qū)注入寬度，以保證叉指柵被源區(qū)包圍。叉指柵的柵寬也可以適當減小，減小到柵極兩側(cè)源結(jié)內(nèi)建勢可以耗盡延展柵以下的溝道區(qū)，這樣可以減小器件靜態(tài)漏泄電流。根據(jù)溝道以及源區(qū)摻雜濃度的不同，這個值大約小于1-2微米。所述叉指柵的長度方向可以任意，視需要電流的提升量而定，但是一般不會超過源端有源區(qū)的邊緣。主柵與漏區(qū)之間可以留有一定的余量，抑制TFET雙極導通特性，主柵與源區(qū)之間也可以留有一定的余量，這樣主柵區(qū)可以失去控制力，以得到更好的亞閾值斜率。本發(fā)明的技術(shù)效果如下一、采用叉指型柵極控制溝道表面電勢，使得溝道表面能帶導帶降低或者價帶上升，增強源結(jié)電場強度促使帶帶隧穿發(fā)生，產(chǎn)生導通電流。二、采用叉指型柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)TFET的源區(qū)包圍溝道，實現(xiàn)大的隧穿面積，提高器件導通電流，同時改善亞閾值斜率。三、增加叉指柵極的長度最能有效的提高器件導通電流。與現(xiàn)有的平面TFET相比，在同樣的工藝條件，同樣的有源區(qū)尺寸下可以得到更高的導通電流以及更陡直的亞閾值斜率。與T型柵TFET相比，叉指型柵TFET更有效的利用器件面積，更進一步提升電流密度。
圖1為典型的平面TFET結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖Ia為典型的平面TFET示意圖；圖 Ib為典型平面TFET俯視圖；圖2為本發(fā)明叉指型柵TFET平面結(jié)構(gòu)示意圖；其中，圖加為本發(fā)明叉指型柵TFET 示意圖。圖2b為本發(fā)明叉指型柵TFET的俯視圖；圖2c為本發(fā)明叉指柵沿AA’方向(圖 2b)的剖面圖；圖3為制備本發(fā)明叉指型柵TFET的主要工藝步驟，其中圖3a為生長氧化層并淀積多晶硅后的基片。圖北為光刻有源區(qū)后的基片，圖3b’為圖北的俯視圖。圖3c為源區(qū)有源區(qū)注入工藝過程，圖3c’為圖3c的俯視圖。圖3d漏區(qū)有源區(qū)注入工藝過程，圖3d’為圖3d的俯視圖。圖3e為源漏結(jié)形成后的叉指型柵結(jié)構(gòu)低功耗隧穿場效應晶體管結(jié)構(gòu)圖， 圖3e’為圖!Be俯視圖。圖中1-現(xiàn)有TFET的控制柵；2-現(xiàn)有TFET的柵氧化層；3-現(xiàn)有TFET的源；4-現(xiàn)有TFET的襯底；5-現(xiàn)有TFET的漏；6-本發(fā)明TFET的控制柵；7-本發(fā)明TFET的柵介質(zhì)層， 8-本發(fā)明TFET的源極，10-本發(fā)明TFET的漏極，9-本發(fā)明TFET的襯底；圖4為常規(guī)TFET，T型柵TFET，叉指柵TFET轉(zhuǎn)移特性曲線實驗結(jié)果對比圖。
具體實施例方式下面通過實例對本發(fā)明做進一步說明。需要注意的是，公布實施例的目的在于幫助進一步理解本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應局限于實施例所公開的內(nèi)容，本發(fā)明要求保護的范圍以權(quán)利要求書界定的范圍為準。本發(fā)明完全可以采用常規(guī)TFET工藝流程制備，關(guān)鍵部分是在柵的版圖結(jié)構(gòu)。具體實施步驟如圖3所示1，在襯底9上生長柵氧化層7，柵厚度越小器件柵控能力就越好，理想數(shù)值大約在 4nm-20nm之間，然后淀積多晶硅6，如圖3a所示。
2，光刻出柵圖形6，其中叉指柵的寬度約1微米，叉指柵之間距離以及叉指柵與源區(qū)上下兩側(cè)以及左側(cè)的預留量也是約1微米，然后準備用多晶硅層為硬掩膜進行源漏注入，如圖北所示。在漏區(qū)涂膠11，以膠以及多晶硅6為掩膜進行源有源區(qū)注入，然后去膠， 如圖3c所示。3，在源區(qū)涂膠11，以膠以及多晶硅6為掩膜進行漏區(qū)有源區(qū)注入，然后去膠，如圖 3d所示。4，進行一次高溫熱退火，激活源漏雜質(zhì)，形成源區(qū)10與漏區(qū)8，如圖!Be所示。圖4為常規(guī)TFET，T型柵TFET，叉指柵TFET轉(zhuǎn)移特性曲線實驗結(jié)果對比圖，其中叉指柵TFET擁有叉指數(shù)3個，三種器件具有相同的有源區(qū)尺寸?？梢钥闯霾嬷笘臫FET可以有效提高器件導通電流，提高器件驅(qū)動性能。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種低功耗隧穿場效應晶體管，包括源、漏和控制柵，其特征在于，控制柵向源極端延展成叉指型，所述叉指型控制柵由延展出來的叉指柵區(qū)和原控制柵區(qū)組成，在延展柵區(qū)下覆蓋的有源區(qū)同樣是溝道區(qū)，材料為襯底材料。
2.如權(quán)利要求1所述的低功耗隧穿場效應晶體管，其特征在于，所述叉指柵區(qū)的總寬度小于源區(qū)有源區(qū)的注入寬度。
3.如權(quán)利要求2所述的低功耗隧穿場效應晶體管，其特征在于，所述叉指柵區(qū)的柵寬為5納米-2微米。
4.如權(quán)利要求1所述的低功耗隧穿場效應晶體管，其特征在于，所述原控制柵區(qū)與漏區(qū)之間有間隙，間隙范圍為5納米-2微米之間。
5.如權(quán)利要求1所述的低功耗隧穿場效應晶體管，其特征在于，柵介質(zhì)可以是二氧化硅，或者是高K柵介質(zhì)材料。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種低功耗隧穿場效應晶體管TFET，屬于CMOS超大集成電路(ULSI)中的場效應晶體管邏輯器件與電路領(lǐng)域。本發(fā)明TFET包括源、漏和控制柵，其中，控制柵向源極端延展成叉指型，該叉指型控制柵由延展出來的柵區(qū)和原控制柵區(qū)組成，在延展柵區(qū)下覆蓋的有源區(qū)同樣是溝道區(qū)，材料為襯底材料。本發(fā)明采用叉指型柵結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)TFET的源區(qū)包圍溝道，提高器件導通電流。與現(xiàn)有的平面TFET相比，在同樣的工藝條件，同樣的有源區(qū)尺寸下，可以得到更高的導通電流以及更陡直的亞閾值斜率。
文檔編號H01L29/78GK102157559SQ20111004859
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月1日
發(fā)明者王陽元, 詹瞻, 黃如, 黃芊芊 申請人:北京大學