一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管制造技术

本发明专利技术公开了一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管，该晶体管包括纳米线沟道、包裹在纳米线沟道外侧的栅极氧化物、纳米线沟道一端的源极、纳米线沟道另一端漏极、分别设置在源极和漏极外侧采用不同金属功函数的控制栅极和极性栅极、分别设置在源极和控制栅极之间、漏极和极性栅极之间的边墙，设置在栅极氧化物外侧、控制栅极和极性栅极之间的栅极隔离。本发明专利技术可以通过分别改变控制栅极和极性栅极的金属功函数，分别调整可重构场效应晶体管N型和P型的开态电流和关态电流，实现N型特性和P型特性的一致性。

A kind of reconfigurable FET with bimetal power function gate

【技术实现步骤摘要】
一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管
本专利技术属于互补金属氧化物半导体(CMOS)超大集成电路(VLSI)中的数字逻辑与存储器件，具体涉及一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管。
技术介绍
随着互补金属氧化物半导体(CMOS)微缩技术将在未来十年内达到物理尺寸的极限，电子信息领域需要新的方法和技术来增强电子系统的功能，而器件级别的可重构有望以更少的器件数量实现更复杂的系统。在过去的五年中，工程师们已经提出了许多有趣的概念来实现这种器件级别的可重构。在这些可重构场效应晶体管(RFET)中，可以通过在极性栅极上施加电信号便可以在N型沟道和P型沟道行为之间进行配置，在一个器件上可以同时实现N型和P型场效应晶体管的电学特性。因此，RFET被认为是可在当前技术路线图的细小扩展，并且这种扩展甚至可以简化当前流程。RFET一般结构的源极(Source)和漏极(Drain)采用金属硅化物，源极和漏极与纳米线沟道(Nanowire)形成能带尖锐的肖特基势垒，纳米线外侧采用栅氧化层(Oxide)和边墙(Spacer)对栅极、源极和漏级进行电隔离，由控制栅极(ControlGate)和极性栅极(ProgramGate)协同控制。当控制栅极偏置(VControlGate)从负栅压增大到正栅压，且漏极(VDrain)和极性栅极(VProgramGate)保持固定的正偏置时，靠近源端沟道能带开始向下弯曲，电子从源极隧穿进入纳米线沟道，再经电场的作用下漂移经纳米线沟道与漏极形成的反阻挡层进入漏极，器件特性由此表现为N型；当控制栅极偏置从正栅压减小到负栅压，且漏极和极性栅极保持固定的负偏置时，靠近源端沟道的能带向上弯曲，空穴从源极隧穿进入纳米线沟道，再经电场的作用下漂移经纳米线沟道与漏极形成的反阻挡层进入漏极，器件特性由此表现为P型。RFET也开启状态下的隧穿机制和关断状态下高且缓的肖特基势垒，具有理想的开态、关态电流，较大的电流开关比，和陡峭的亚阈值摆幅。RFET开态电流的N型和P型对称性极度依赖沟道掺杂和控制栅极与极性栅机的功函数，但在纳米尺度条件下，工艺流程难以实现掺杂的精准控制，工艺制程的涨落会显著影响器件的电学特性，从而造成逻辑电路中置零和置一的延迟时间和静态功耗不同，导致建立时间和保持时间的不确定性问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对纳米尺度下工艺涨落造成的可重构晶体管(RFET)N型和P型开态电流不对称的问题，为保证由RFET组成的CMOS逻辑电路置零和置一的延迟时间基本一致，提早解决建立时间和保持时间的不确定性问题，提出一种双金属功函数的可重构晶体管，能够实现在沟道掺杂不同时开态电流的对称性。本专利技术的所有工艺流程均与当前CMOS大规模集成电路工艺制程相兼容，可直接用于改善RFET开态电流不均衡的问题。实现本专利技术目的的具体技术方案是；一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管，包括纳米线沟道，包裹在纳米线沟道外侧的栅极氧化物，纳米线沟道一端的源极，纳米线沟道另一端漏极，分别设置在源极和漏极外侧的控制栅极和极性栅极，分别设置在源极和控制栅极之间、漏极和极性栅极之间的边墙，设置在栅极氧化物外侧、控制栅极和极性栅极之间的栅极隔离，其中：所述沟道构成的材料为硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线、氮化镓纳米线、磷化铟纳米线或碳纳米管；所述栅极氧化物为淀积包裹在沟道外侧的二氧化硅、二氧化铪、氮氧化硅材料或上述材料的组合堆叠；所述源极和漏极构成的材料为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、氮化钽或由以上多种材料的组合；所述控制栅极和极性栅极构成的材料为淀积在沟道两侧经光刻、刻蚀后形成的铝、铜、银、金、多晶硅、氮化钽、氮化钛或由以上多种材料的组合，控制栅极和极性栅极选择不同材料，使两个栅极呈现出不同的金属功函数；所述边墙构成的材料为二氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、空气或由以上多种材料的组合；所述栅极隔离构成的材料为淀积在栅极氧化物外侧、控制栅极与极性栅极中间的二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。所述控制栅极和极性栅极选择不同的材料，使两个栅极呈现出不同的金属功函数；不同的控制栅极金属功函数可以实现在关态电流基本保持不变条件下，改变开态电流；不同的极性栅极金属功函数可以实现在开态电流基本保持不变条件下，改变关态电流。本专利技术的双金属功函数的可重构晶体管，能够实现在沟道掺杂不同时开态电流的对称性。本专利技术的所有工艺流程均与当前CMOS大规模集成电路工艺制程相兼容，可直接用于改善RFET电流不均衡的问题。附图说明图1为本专利技术结构示意图；图2为图1的A-A处截面图；图3为图1的B-B处截面图；图4为图1的C-C处截面图；图5为控制栅极功函数不同时，RFET的电学特性对比图；图6为极性栅极功函数不同时，RFET的电学特性对比图；图7为本专利技术表征N型电学特性不同控制栅极功函数时沟道中心位置的能带图；图8为本专利技术表征P型电学特性不同控制栅极功函数时沟道中心位置的能带图；图9为本专利技术表征N型电学特性不同极性栅极功函数时沟道中心位置的能带图；图10为本专利技术表征P型电学特性不同极性栅极功函数时沟道中心位置的能带图；图11为本专利技术制作流程示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术进行详细描述。参阅图1-4，本专利技术的一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管，包括纳米线沟道1，包裹在纳米线沟道1外侧的栅极氧化物2，纳米线沟道1一端的源极3，纳米线沟道1另一端漏极4，分别设置在源极3和漏极4外侧的控制栅极5和极性栅极6，设置在源极3和控制栅极5之间的和设置在漏极4和极性栅极6之间的边墙7，设置在栅极氧化物2外侧、控制栅极5和极性栅极6之间的栅极隔离8，其中：所述沟道1构成的材料为硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线、氮化镓纳米线、磷化铟纳米线或碳纳米管；所述栅极氧化物2为淀积包裹在沟道1外侧的二氧化硅、二氧化铪、氮氧化硅材料或上述材料的组合堆叠；所述源极3和漏极4构成的材料为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、氮化钽或由以上多种材料的组合；所述控制栅极5和极性栅极6构成的材料为淀积在沟道两侧经光刻、刻蚀后形成的铝、铜、银、金、多晶硅、氮化钽、氮化钛或由以上多种材料的组合，控制栅极和极性栅极选择不同材料，使两个栅极呈现出不同的金属功函数；所述边墙7构成的材料为二氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、空气或由以上多种材料的组合；所述栅极隔离8构成的材料为淀积在栅极氧化物2外侧、控制栅极5与极性栅极6中间的二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。所述双金属功函数栅的可重构场效应晶体管的控制栅极5和极性栅极6所构成的材料不同，则对应栅极的金属功函数不同。不同的控制栅极金属功函数可以实现在关态电流基本保持不变条件下，改变开态电流；不同的极性栅极金属本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管，其特征在于，该晶体管包括纳米线沟道（1）、包裹在纳米线沟道（1）外侧的栅极氧化物（2）、纳米线沟道（1）一端的源极（3）、纳米线沟道（1）另一端漏极（4）、分别设置在源极（3）和漏极（4）外侧的控制栅极（5）和极性栅极（6）、分别设置在源极（3）和控制栅极（5）之间、漏极（4）和极性栅极（6）之间的边墙（7），设置在栅极氧化物（2）外侧、控制栅极（5）和极性栅极（6）之间的栅极隔离（8），其中：/n所述沟道（1）构成的材料为硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线、氮化镓纳米线、磷化铟纳米线或碳纳米管；/n所述栅极氧化物（2）为淀积包裹在沟道（1）外侧的二氧化硅、二氧化铪、氮氧化硅材料或所述材料的组合堆叠；/n所述源极（3）和漏极（4）构成的材料为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、氮化钽或所述材料的数种组合；/n所述控制栅极（5）和极性栅极（6）构成的材料为淀积在沟道两侧经光刻、刻蚀后形成的铝、铜、银、金、多晶硅、氮化钽、氮化钛或所述材料的数种组合，控制栅极和极性栅极选择不同的材料，使两个栅极呈现出不同的金属功函数；/n所述边墙（7）构成的材料为二氧化铪、氮化硅、氮氧化硅、碳氮化硅、磷硅玻璃、硼磷硅玻璃、空气或所述材料的数种组合；/n所述栅极隔离（8）构成的材料为淀积在栅极氧化物（2）外侧、控制栅极（5）与极性栅极（6）中间的二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃。/n...

【技术特征摘要】
1.一种双金属功函数栅的可重构场效应晶体管，其特征在于，该晶体管包括纳米线沟道（1）、包裹在纳米线沟道（1）外侧的栅极氧化物（2）、纳米线沟道（1）一端的源极（3）、纳米线沟道（1）另一端漏极（4）、分别设置在源极（3）和漏极（4）外侧的控制栅极（5）和极性栅极（6）、分别设置在源极（3）和控制栅极（5）之间、漏极（4）和极性栅极（6）之间的边墙（7），设置在栅极氧化物（2）外侧、控制栅极（5）和极性栅极（6）之间的栅极隔离（8），其中：
所述沟道（1）构成的材料为硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线、氮化镓纳米线、磷化铟纳米线或碳纳米管；
所述栅极氧化物（2）为淀积包裹在沟道（1）外侧的二氧化硅、二氧化铪、氮氧化硅材料或所述材料的组合堆叠；
所述源极（3）和漏极（4）构成的材料为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、氮化钽或所述材料的数种组合；
所述控...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相龙，田明，王昌锋，孙亚宾，李小进，石艳玲，廖端泉，曹永峰，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海华力微电子有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31