互补式开关元件制造技术

本发明专利技术的互补式开关元件具有具备第一导电型的沟道的第一TFET和具备第二导电型的沟道的第二TFET。第一TFET及第二TFET各自具有：掺杂为第一导电型的IV族半导体基板；配置于IV族半导体基板上的由III

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】互补式开关元件


[0001]本专利技术涉及互补式开关元件。

技术介绍

[0002]半导体微处理器及高度集成电路是在半导体基板上集成了金属氧化物半导体(以下，称为“MOS”)场效应晶体管(以下，称为“FET”)等元件而制造的。一般来说，互补式MOSFET(以下，称为“CMOS”)为集成电路的基本元件(开关元件)。作为半导体基板的材料，主要使用作为IV族半导体的硅。通过将构成CMOS的晶体管小型化，能够提高半导体微处理器及高度集成电路的集成度及性能。将CMOS小型化时的技术问题之一是功耗的增大。作为功耗增大的主要原因，可以举出以下两点：一个微芯片所能搭载的CMOS的数量增加；以及短沟道效应引起的漏电流增大。上述原因中，漏电流的增大导致供电电压的增大。因此，关于各CMOS，需要抑制漏电流以降低工作电压。
[0003]作为表示CMOS的开关特性的指标，使用亚阈值(mV/dec)。亚阈值相当于用于使MOSFET为导通状态的最低驱动电压。以往的MOSFET的开关特性基于电子和空穴(载流子)的扩散现象。因此，以往的MOSFET中，亚阈值斜率的理论最小值为60mV/dec，无法实现表现出比这更小的亚阈值的开关特性。
[0004]作为超过该物理上的理论极限而以较小的亚阈值工作的开关元件，已有关于隧道FET(以下，称为“TFET”)的报告(例如，参照非专利文献1、2)。TFET没有短沟道效应，且能够以低电压来实现较高的ON/OFF比，因此，可认为是下一代开关元件的有力候补。
[0005]现有技术文献
[0006]专利文献
[0007]非专利文献1：Bhuwalka，K.K.，Schulze，J.and Eisele，I.，"Scaling the vertical tunnel FET with tunnel bandgap modulation and gate workfunction engineering"，IEEE transactions on electron devices，Vol.52，No.5，May(2005)，pp.909
‑
917.
[0008]非专利文献2：Bhuwalka，K.K.，Schulze，J.and Eisele，I.，"Asimulation approach to optimize the electrical parameters of a vertical tunnel FET"，IEEE transactions on electron devices，Vol.52，No.7，July(2005)，pp.1541
‑
1547.

技术实现思路

[0009]专利技术要解决的问题
[0010]在使用TFET构成CMOS那样的互补式开关元件的情况下，需要将TFET如MOSFET那样进行集成化。然而，TFET的源极区域和漏极区域的结构是非对称的，因此，不像源极区域与漏极区域的结构对称的MOSFET那样容易进行集成化。
[0011]本专利技术的目的在于，提供能够容易地进行集成化的包含TFET的互补式开关元件。
[0012]解决问题的方案
[0013]本专利技术的第一方式的互补式开关元件具有具备第一导电型的沟道的第一隧道场效应晶体管、以及具备与所述第一导电型不同的第二导电型的沟道的第二隧道场效应晶体管，所述互补式开关元件中，所述第一隧道场效应晶体管及所述第二隧道场效应晶体管各自具有：IV族半导体基板，其具有(111)面，且掺杂为所述第一导电型；III
‑
V族化合物半导体纳米线，其配置于所述(111)面上，且包含与所述(111)面连接的第一区域和掺杂为所述第二导电型的第二区域；第一电极，其与所述IV族半导体基板连接；第二电极，其与所述第二区域连接；以及栅极电极，其向所述(111)面与所述第一区域之间的界面施加电场，在所述第一隧道场效应晶体管中，所述第二电极为源极电极且所述第一电极为漏极电极，在所述第二隧道场效应晶体管中，所述第一电极为源极电极且所述第二电极为漏极电极。
[0014]本专利技术的第二方式的互补式开关元件具有具备第一导电型的沟道的第一隧道场效应晶体管、以及具备与所述第一导电型不同的第二导电型的沟道的第二隧道场效应晶体管，所述互补式开关元件中，所述第一隧道场效应晶体管及所述第二隧道场效应晶体管各自具有：IV族半导体基板，其包含具有(111)面的第一区域和掺杂为所述第一导电型的第二区域；III
‑
V族化合物半导体纳米线，其配置于所述(111)面上，且其未掺杂或掺杂为所述第二导电型；第一电极，其与所述III
‑
V族化合物半导体纳米线连接；第二电极，其与所述第二区域连接；以及栅极电极，其向所述III
‑
V族化合物半导体纳米线与所述(111)面之间的界面施加电场，在所述第一隧道场效应晶体管中，所述第一电极为源极电极且所述第二电极为漏极电极，在所述第二隧道场效应晶体管中，所述第二电极为源极电极且所述第一电极为漏极电极。
[0015]专利技术效果
[0016]根据本专利技术，可以提供能够容易地进行集成化的包含TFET的互补式开关元件。因此，根据本专利技术，可以提供功耗少的半导体微处理器及高度集成电路。
附图说明
[0017]图1是表示实施方式一的互补式开关元件的结构的剖面图。
[0018]图2是实施方式一的互补式开关元件的第一TFET及第二TFET的能带结构图。
[0019]图3是表示第一TFET(p
‑
TFET)及第二TFET(n
‑
TFET)的电气特性的图表。
[0020]图4A是表示第二TFET(n
‑
TFET)的电气特性的图表，图4B是表示第一TFET(p
‑
TFET)的电气特性的图表。
[0021]图5A是表示使用实施方式一的互补式开关元件而构成的逆变器的例子的立体图，图5B是图5A所示的逆变器的电路图。
[0022]图6A～图6D是表示实施方式一的互补式开关元件的制造方法的一例的示意图。
[0023]图7是表示实施方式二的互补式开关元件的结构的剖面图。
[0024]图8是实施方式二的互补式开关元件的第一TFET及第二TFET的能带结构图。
[0025]图9是表示实施方式三的互补式开关元件的结构的剖面图。
[0026]图10是实施方式三的互补式开关元件的第一TFET及第二TFET的能带结构图。
[0027]图11是表示第一TFET(n
‑
TFET)及第二TFET(p
‑
TFET)的电气特性的图表。
[0028]图12A是表示使用实施方式三的互补式开关元件而构成的逆变器的例子的立体图，图12B是图12A所示的逆变器的电路图。
[0029]图13是表示鳍式的第一TFET(n
‑
TFET)及鳍式的第二TFE本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种互补式开关元件，其具有具备第一导电型的沟道的第一隧道场效应晶体管、以及具备与所述第一导电型不同的第二导电型的沟道的第二隧道场效应晶体管，所述互补式开关元件中，所述第一隧道场效应晶体管及所述第二隧道场效应晶体管各自具有：IV族半导体基板，其具有(111)面，且掺杂为所述第一导电型；III
‑
V族化合物半导体纳米线，其配置于所述(111)面上，且包含与所述(111)面连接的第一区域和掺杂为所述第二导电型的第二区域；第一电极，其与所述IV族半导体基板连接；第二电极，其与所述第二区域连接；以及栅极电极，其向所述(111)面与所述第一区域之间的界面施加电场，在所述第一隧道场效应晶体管中，所述第二电极为源极电极且所述第一电极为漏极电极，在所述第二隧道场效应晶体管中，所述第一电极为源极电极且所述第二电极为漏极电极。2.如权利要求1所述的互补式开关元件，其中，构成所述IV族半导体基板的IV族半导体是硅或锗，构成所述III
‑
V族化合物半导体纳米线的III
‑
V族化合物半导体是InAs、InP、GaAs、GaN、InSb、GaSb、AlSb、AlGaAs、InGaAs、InGaN、AlGaN、GaNAs、InAsSb、GaAsSb、InGaSb、AlInSb、InGaAlN、AlInGaP、InGaAsP、GaInAsN、InGaAlSb、InGaAsSb或AlInGaPSb，所述III
‑
V族化合物半导体纳米线的长轴与所述(111)面垂直。3.如权利要求1或2所述的互补式开关元件，其中，所述第一隧道场效应晶体管及所述第二隧道场效应晶体管各自还具有配置于所述III
‑
V族化合物半导体纳米线的侧面上的栅极介电膜，所述栅极电极配置于所述栅极介电膜上。4.一种互补式开关元件，其具有...

【专利技术属性】
技术研发人员：富冈克广，
申请(专利权)人：国立大学法人北海道大学，
类型：发明
国别省市：