埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道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埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管及其制备方法；解决现有DGTFET的SS仍然很大，其开态电流较低的问题；包括源区、SiO2绝缘层、依次设置的沟道区、漏区、硅基外延层和衬底；沟道区上端中部设有埋置槽；源区设在埋置槽内；SiO2绝缘层设在源区下端面与沟道区之间；沟道区左右两侧从上至下设置有高k栅介质层和低k栅介质层，高k栅介质层和低k栅介质层形成异质栅介质层；漏区下方设有漏电极，源区上方设有源电极；两个异质栅介质层的远端对称设置有栅电极；源区和沟道区为P型掺杂或N型掺杂，漏区的掺杂类型相反；源区采用Si1‑

【技术实现步骤摘要】
埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种双栅型隧穿场效应晶体管及其制备方法，具体涉及埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管及其制备方法。

技术介绍

[0002]金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)作为集成电路中应用最广泛的半导体开关器件，其特征尺寸随着摩尔定律不断缩小。然而，由于MOSFET的工作机制，它的亚阈值摆幅(SS)始终难以降到60mV/dec以下，即所谓的“玻尔兹曼暴政”，这种缺陷使得MOSFET不再适应未来集成电路对于超低功耗的需求。
[0003]为了打破MOSFET的亚阈值摆幅限制，研究者们提出了很多方法。其中，隧穿场效应晶体管(TFET)以带间隧穿的导通机制将SS成功降到了60mV/dec以下，成为MOSFET的最佳替代品之一。
[0004]双栅型隧穿场效应晶体管(DGTFET)是一种常见TFET结构，如图1所示，是现有硅基双栅隧穿场效应晶体管(Si
‑
DGTFET)的结构示意图，包括从上至下依次设置的源区01、沟道区02、漏区03、硅基外延层和衬底，沟道区02左右两侧对称设置有一层低k栅介质层04，漏区03下方设置有漏电极，源区01上方设置有源电极，左侧低k栅介质层04的左端与右侧低k栅介质层04的右端对称设置有栅电极；然而，DGTFET的亚阈值摆幅(SS)仍然很大，并且其开态电流较低，难以满足未来超低功耗集成电路的需求，因此，需要设计出性能更优良的TFET器件结构。

技术实现思路

[0005]本专利技术用于解决现有双栅型隧穿场效应晶体管(DGTFET)的亚阈值摆幅(SS)仍然很大，并且其开态电流较低的问题，提供埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管及其制备方法，在降低双栅型隧穿场效应晶体管亚阈值摆幅(SS)的同时，获得较大的开态电流。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]一种埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特殊之处在于：
[0008]包括源区、SiO2绝缘层、从上至下依次设置且厚度相等的沟道区和漏区以及依次设置在漏区下端的硅基外延层和衬底；
[0009]所述沟道区上端中部设置有埋置槽，从而将沟道区分为沟道区厚端与两个沟道区薄端；源区设置在埋置槽内，从而在源区与沟道区之间形成双线隧穿结构；
[0010]所述SiO2绝缘层设置在源区的下端面与沟道区之间，从而形成埋置绝缘层结构；埋置槽长度等于源区的长度与SiO2绝缘层的长度之和；
[0011]所述沟道区上端的左右两侧对称设置有高k栅介质层，沟道区下端的左右两侧对称设置有与高k栅介质层连接的低k栅介质层，高k栅介质层的长度等于源区的长度，高k栅
介质层和低k栅介质层形成异质栅介质层结构；
[0012]所述漏区下方设置有漏电极，源区上方设置有源电极；左侧异质栅介质层的左端与右侧异质栅介质层的右端对称设置有栅电极；
[0013]所述源区为P型掺杂或N型掺杂，沟道区的掺杂类型与源区相同，漏区的掺杂类型与源区相反；
[0014]所述源区采用Si1‑
x
Ge
x
制备，沟道区和漏区采用硅制备，从而在源区、沟道区之间形成Si1‑
x
Ge
x
/Si隧穿异质结结构，其中，x表示SiGe中的锗的含量，0＜x＜1。
[0015]进一步地，所述源电极纵向延伸进源区的中部内侧，从而将源区分为源区厚端与两个源区薄端。
[0016]进一步地，延伸进入所述源区的源电极长度为4nm，延伸进入源区的源电极厚度为1nm。
[0017]进一步地，所述漏区长度为10～20nm；
[0018]所述源区厚端的长度为20nm，厚度为14nm；两个源区薄端的长度均为4nm，厚度均为6.5nm；
[0019]所述沟道区厚端的长度为25nm，厚度为20nm；两个沟道区薄端的长度均为25～27nm，厚度均为3nm；
[0020]所述SiO2绝缘层的厚度为14nm；SiO2绝缘层的长度为1～3nm；
[0021]所述低k栅介质层和高k栅介质层的厚度相等，均为2～4nm。
[0022]进一步地，所述N型掺杂元素为砷或磷，P型掺杂元素为硼。
[0023]进一步地，所述源区的掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3；
[0024]所述沟道区的掺杂浓度为1
×
10
15
～1
×
10
17
cm
‑3；
[0025]所述漏区的掺杂浓度为1
×
10
17
～1
×
10
18
cm
‑3。
[0026]进一步地，所述高k栅介质层采用高k介质材料制备，所述高k介质材料为HfO2或Al2O3；
[0027]所述低k栅介质层采用低k介质材料制备，所述低k介质材料为SiO2。
[0028]进一步地，所述栅电极的金属功函数为4.0～4.3eV。
[0029]本专利技术还提出一种上述埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管的制备方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：
[0030]步骤1：在衬底上方生长一个硅基外延层；
[0031]步骤2：对硅基外延层进行刻蚀，形成硅基漏区，所述漏区为P型掺杂或N型掺杂；
[0032]步骤3：在硅基漏区上方生长硅基沟道区厚端，所述硅基沟道区厚端的掺杂类型与硅基漏区的掺杂类型相反；
[0033]步骤4：在硅基沟道区厚端上方生长SiO2薄膜；
[0034]步骤5：在SiO2薄膜上方生长掺杂类型与沟道区掺杂类型相同的Si1‑
x
Ge
x
层；
[0035]步骤6：对SiO2薄膜和Si1‑
x
Ge
x
层的左右两侧进行刻蚀，形成器件的SiO2绝缘层和源区；
[0036]步骤7：在SiO2绝缘层和源区周侧生长硅基薄膜；
[0037]步骤8：对位于源区上方的硅基薄膜进行刻蚀，形成器件的两个硅基沟道区薄端；
[0038]步骤9：在源区上端刻蚀凹槽；
[0039]步骤10：在硅基沟道区薄端和硅基沟道区厚端同一侧沉积低k栅介质层；
[0040]步骤11：刻蚀覆盖源区的低k栅介质层；
[0041]步骤12：在硅基沟道区薄端一侧覆盖源区的区域重新沉积高k栅介质层，形成器件的栅介质层结构；
[0042]步骤13：重复步骤10
‑
12，在硅基沟道区薄端和硅基沟道区厚端的另一侧形成相同的栅介质层结构；
[0043]步骤14：在凹槽、栅介质层结构以及漏区上分别沉淀源极、栅极和漏极，完成晶体管的制备。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：包括源区(1)、SiO2绝缘层(6)、从上至下依次设置且厚度相等的沟道区(2)和漏区(3)以及依次设置在漏区(3)下端的硅基外延层(7)和衬底；所述沟道区(2)上端中部设置有埋置槽，从而将沟道区(2)分为沟道区厚端与两个沟道区薄端；源区(1)设置在埋置槽内，从而在源区(1)与沟道区(2)之间形成双线隧穿结构；所述SiO2绝缘层(6)设置在源区(1)的下端面与沟道区(2)之间，从而形成埋置绝缘层结构；埋置槽长度等于源区(1)的长度与SiO2绝缘层(6)的长度之和；所述沟道区(2)上端的左右两侧对称设置有高k栅介质层(4)，沟道区(2)下端的左右两侧对称设置有与高k栅介质层(4)连接的低k栅介质层(5)，高k栅介质层(4)的长度等于源区(1)的长度，高k栅介质层(4)和低k栅介质层(5)形成异质栅介质层结构；所述漏区(3)下方设置有漏电极，源区(1)上方设置有源电极；左侧异质栅介质层的左端与右侧异质栅介质层的右端对称设置有栅电极；所述源区(1)为P型掺杂或N型掺杂，沟道区(2)的掺杂类型与源区(1)相同，漏区(3)的掺杂类型与源区(1)相反；所述源区(1)采用Si1‑
x
Ge
x
制备，沟道区(2)和漏区(3)采用硅制备，从而在源区(1)、沟道区(2)之间形成Si1‑
x
Ge
x
/Si隧穿异质结结构，其中，x表示SiGe中的锗的含量，0＜x＜1。2.根据权利要求1所述的埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：所述源电极纵向延伸进源区(1)的中部内侧，从而将源区(1)分为源区厚端与两个源区薄端。3.根据权利要求2所述的埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：延伸进入所述源区(1)的源电极长度为4nm，延伸进入源区(1)的源电极厚度为1nm。4.根据权利要求2或3所述的埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：所述漏区(3)长度为10～20nm；所述源区厚端的长度为20nm，厚度为14nm；两个源区薄端的长度均为4nm，厚度均为6.5nm；所述沟道区厚端的长度为25nm，厚度为20nm；两个沟道区薄端的长度均为25～27nm，厚度均为3nm；所述SiO2绝缘层(6)的厚度为14nm；SiO2绝缘层(6)的长度为1～3nm；所述低k栅介质层(5)和高k栅介质层(4)的厚度相等，均为2～4nm。5.根据权利要求4所述的埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：所述N型掺杂元素为砷或磷，P型掺杂元素为硼。6.根据权利要求5所述的埋置绝缘层异质工程及源工程双栅隧道场效应晶体管，其特征在于：所述源区(1)的掺杂浓度为1
×
10
19
～1
×
10
20
cm
‑3；所述沟道区(2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，杨露露，齐增卫，刘含笑，王丹丹，贺炜，李建伟，
申请(专利权)人：西安邮电大学，
类型：发明
国别省市：