一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管及其制备方法，该制备方法包括步骤：在第一衬底(101)的一端制备漏区(104)，在所述第一衬底(101)的另一端制备源区(105)；利用外延层转印技术在所述第一衬底(101)上制备InGaAs沟道层(108)，使所述InGaAs沟道层(108)覆盖所述漏区(104)并且与所述源区(105)部分交叠；在所述InGaAs沟道层(108)上生长栅氧化层(109)。该制备方法将外延层转印技术制备InGaAs沟道层与器件的结构相结合，形成的隧穿场效应晶体管为平面结构，有利于实现器件对准、电极隔离和器件互联，有利于实现高性能的异质集成系统。

A planar tunneling FET based on transfer printing technology and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管及其制备方法
本专利技术属于微电子
，具体涉及一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着传统的金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)尺寸的不断缩小，芯片的集成度得到了有效提高，但功耗的问题却愈加突出。首先，受漂移扩散输运机制的控制，MOSFET器件的亚阈值摆幅被限制在60mV/dec，由于亚阈值泄漏呈指数增长，降低电源电压变得更具挑战性。其次，短沟道效应对器件的影响越来越严重，显著增加了泄漏电流。隧穿场效应晶体管(TFET)是一种特别有前途的解决方案，它能突破MOSFET的亚阈值摆幅的理论极限，使亚阈值摆幅低于60mV/dec。并且，与MOSFET的工作原理不同的是，TFET基于带带隧穿的工作机制可有效避免小尺寸MOSFET器件所有的短沟道效应。近年来，人们对隧穿场效应晶体管作为超低功耗的潜在应用前景进行了广泛的探索。TFET材料的选择非常广泛，如Si、Ge、InAs、InGaAs等。与Si材料相比，III-V材料具有更窄的带隙和更大的有效质量，隧穿概率更高，可实现更大的隧穿电流。因此，异质结隧穿场效应晶体管(HTFET)被认为更有利于实现高导通电流。然而，目前HTFET多采用垂直纳米线结构。然而，垂直纳米线结构工艺流程与传统工艺无法兼容，器件对准、电极隔离、互联等较为复杂，且难以实现更高性能的异质集成系统；另一方面，垂直纳米线结构的HTFET导通电流无法通过改善器件结构参数调控，不利于实际电路设计的灵活需求。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管及其制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，包括步骤：在第一衬底的一端制备漏区，在所述第一衬底的另一端制备源区；利用外延层转印技术在所述第一衬底上制备InGaAs沟道层，使所述InGaAs沟道层覆盖所述漏区并且与所述源区部分交叠；在所述InGaAs沟道层上生长栅氧化层。在本专利技术的一个实施例中，在第一衬底的一端制备漏区，在所述第一衬底的另一端制备源区之前，包括：在所述第一衬底上生长垫底氧化层；在所述垫底氧化层上生长氮化物层。在本专利技术的一个实施例中，在第一衬底的一端制备漏区，在所述第一衬底的另一端制备源区，包括：刻蚀所述氮化物层和所述垫底氧化层，在所述第一衬底的一端表面形成第一离子注入区域；在所述第一离子注入区域对所述第一衬底进行离子注入，形成漏区；刻蚀所述氮化物层和所述垫底氧化层，在所述第一衬底的另一端表面形成第二离子注入区域；在所述第二离子注入区域对所述第一衬底进行离子注入，形成源区。在本专利技术的一个实施例中，利用外延层转印技术在所述第一衬底上制备InGaAs沟道层，包括：在第二衬底上生长InP牺牲层；在所述InP牺牲层上生长InGaAs沟道层；将所述InGaAs沟道层与所述InP牺牲层、所述第二衬底进行分离；将所述InGaAs沟道层放置在所述第一衬底上。在本专利技术的一个实施例中，将所述InGaAs沟道层与所述InP牺牲层、所述第二衬底进行分离，包括：刻蚀所述InGaAs沟道层，在所述InGaAs沟道层上形成若干沟槽；通过若干所述沟槽选择性刻蚀所述InP牺牲层以降低所述InGaAs沟道层与所述InP牺牲层的接触面积；采用柔性图章粘章将所述InGaAs沟道层粘附起以使所述InGaAs沟道层与所述InP牺牲层、所述第二衬底分离。在本专利技术的一个实施例中，将所述InGaAs沟道层放置在所述第一衬底上，包括：将粘附在所述柔性图章粘章上的所述InGaAs沟道层转移放置在所述第一衬底上；键合所述InGaAs沟道层和所述第一衬底；去除所述柔性图章粘章。在本专利技术的一个实施例中，所述InGaAs沟道层的厚度为5～20nm。在本专利技术的一个实施例中，所述栅氧化层的厚度为1～5nm。在本专利技术的一个实施例中，在所述InGaAs沟道层上生长栅氧化层之后，还包括：在所述栅氧化层上淀积绝缘层；在所述绝缘层中制备源极、栅极和漏极，其中，所述源极位于所述源区上，所述漏极位于所述InGaAs沟道层上且位于所述漏区上方，所述栅极位于所述栅氧化层上方。本专利技术的另一个实施例提供了一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管，由如上述实施例所述的制备方法制得。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术的制备方法中将外延层转印技术制备InGaAs沟道层与器件的结构相结合，形成的隧穿场效应晶体管为平面结构，有利于实现器件对准、电极隔离和器件互联，有利于实现高性能的异质集成系统。2、本专利技术的制备方法采用外延层转印技术在第一衬底上制备InGaAs沟道层，可以避免界面缺陷向InGaAs沟道层延伸，防止InGaAs沟道层薄膜质量退化，还可以在一定程度上缓解热膨胀系数失配，降低界面缺陷密度，从而抑制陷阱辅助隧穿，进而从工艺角度改善器件的亚阈值摆幅。3、本专利技术的平面异质结隧穿场效应晶体管由于InGaAs沟道层覆盖漏区并且与源区部分交叠，一方面，其电子隧穿的方向是从源区指向InGaAs沟道层，可以将电子有效隧穿面积从狭窄的源、沟道和栅的交界面解放出来，有利于增大晶体管的有效隧穿面积，提高器件导通电流，同时可以得到更加陡峭的开关曲线，改善器件的亚阈值摆幅；另一方面，可以通过调控InGaAs沟道层与源区的交叠长度来调控器件的导通电流，增加电路设计的灵活性。以下将结合附图及实施例对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法的流程示意图；图2a-图2i为本专利技术实施例提供的一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法的示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种利用外延层转印技术制备InGaAs沟道层的示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的结构示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一本实施例从工艺的角度出发，在制备TFET的过程中结合器件的结构及材料设计进行考虑，以改善并提高TFET的性能。请参见图1和图2a-图2i，图1为本专利技术实施例提供的一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法的流程示意图，图2a-图2i为本专利技术实施例提供的一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法的示意图。该制备方法包括步骤：S1、选取第一衬底101。具体地，第一衬底101的材料选择轻掺杂的Si衬底，其晶向为<100>，其掺杂浓度为1×1014～2×1015cm-3。S2、在第一衬底本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：/n在第一衬底(101)的一端制备漏区(104)，在所述第一衬底(101)的另一端制备源区(105)；/n利用外延层转印技术在所述第一衬底(101)上制备InGaAs沟道层(108)，使所述InGaAs沟道层(108)覆盖所述漏区(104)并且与所述源区(105)部分交叠；/n在所述InGaAs沟道层(108)上生长栅氧化层(109)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
在第一衬底(101)的一端制备漏区(104)，在所述第一衬底(101)的另一端制备源区(105)；
利用外延层转印技术在所述第一衬底(101)上制备InGaAs沟道层(108)，使所述InGaAs沟道层(108)覆盖所述漏区(104)并且与所述源区(105)部分交叠；
在所述InGaAs沟道层(108)上生长栅氧化层(109)。


2.如权利要求1所述的基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在第一衬底(101)的一端制备漏区(104)，在所述第一衬底(101)的另一端制备源区(105)之前，包括：
在所述第一衬底(101)上生长垫底氧化层(102)；
在所述垫底氧化层(102)上生长氮化物层(103)。


3.如权利要求2所述的基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在第一衬底(101)的一端制备漏区(104)，在所述第一衬底(101)的另一端制备源区(105)，包括：
刻蚀所述氮化物层(103)和所述垫底氧化层(102)，在所述第一衬底(101)的一端表面形成第一离子注入区域(106)；
在所述第一离子注入区域(106)对所述第一衬底(101)进行离子注入，形成漏区(104)；
刻蚀所述氮化物层(103)和所述垫底氧化层(102)，在所述第一衬底(101)的另一端表面形成第二离子注入区域(107)；
在所述第二离子注入区域(107)对所述第一衬底(101)进行离子注入，形成源区(105)。


4.如权利要求1所述的基于转印技术的平面隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，利用外延层转印技术在所述第一衬底(101)上制备InGaAs沟道层(108)，包括：
在第二衬底(201)上生长InP牺牲层(202)；
在所述InP牺牲层(202)上生长InGaAs沟道层(108)；
将所述InGaAs沟道层(108)与所述InP牺牲层(202)、所述第二衬底(201)进行分离；
将所述InGaAs沟道层(108)放置在所述第一衬底(101)上。

【专利技术属性】
技术研发人员：吕红亮，李苗，朱翊，吕智军，芦宾，张玉明，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61