專利名稱：雙柵極場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場效應(yīng)晶體管，尤其涉及一種雙柵極場效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體超大規(guī)模集成電路的發(fā)展過程中，晶體管在CMOS器件按比例縮小 (scaling)的引導(dǎo)下，密度和性能遵循摩爾定律得到持續(xù)化和系統(tǒng)化增長。然而當(dāng)半導(dǎo)體行 業(yè)發(fā)展到45納米節(jié)點或者更小尺寸的時候，芯片的功耗和功耗密度已經(jīng)逐漸形成一項亟 需解決的問題，導(dǎo)致功耗困難的出現(xiàn)原因是器件密度不斷增大，而電源電壓長期以來保持 了以5V作為各級工藝的標(biāo)準(zhǔn)。因此外置電壓源按比例縮小(VDD-scaling)已經(jīng)愈發(fā)成為 一個限制金屬氧化物場效應(yīng)晶體管(MOSFET)發(fā)展的瓶頸。目前，有人提出這樣一種理論，在金屬氧化物場效應(yīng)晶體管中使用柵極偏壓誘導(dǎo) 能帶隧穿效應(yīng)(band to band-turmeling)可以不受外置電壓源按比例縮小(VDD-scaling) 的限制，載流子在上述效應(yīng)中無須跨越勢壘而是直接經(jīng)過隧穿實現(xiàn)載流子的移動，形成電 流，可以有效降低器件的能耗?；谏鲜隼碚?，Chenming Hu等人在“VLSI Technology, Systems and Applications,2008. VLSI-TSA 2008.International Symposium on，，(2008 年國際超大型積體電路技術(shù)、系統(tǒng)暨應(yīng)用(VLSI-TSA)研討會論文集)的第14至15頁首 次公開了通過采用綠色晶體管(Green Transistor)降低外置電壓源的方案，文章名稱為 "GreenTransistor-A VDD Scaling Path for Future Low Power ICs，，。如圖1所示，為上述綠色晶體管的剖面結(jié)構(gòu)圖，包括絕緣體上硅(SOI) 10，所述絕 緣體上硅10包括基底100、埋氧層110和頂層硅101 ；依次位于頂層硅101上的柵介質(zhì)層 106以及柵電極107，兩者構(gòu)成了綠色晶體管的柵極結(jié)構(gòu)；所述綠色晶體管還包括位于頂層 硅101內(nèi)、柵介質(zhì)層106兩側(cè)的源極102、漏極103，所述源極102與漏極103的導(dǎo)電類型相 異；還包括位于頂層硅101內(nèi)的相鄰的口袋注入?yún)^(qū)104和淺摻雜區(qū)105，所述相鄰的口袋注 入?yún)^(qū)104和淺摻雜區(qū)105與柵介質(zhì)層106的位置相對應(yīng)，所述口袋注入?yún)^(qū)104的導(dǎo)電類型 與漏極103相同，并通過淺摻雜區(qū)105與漏極103電連接；所述口袋注入?yún)^(qū)104的深度小于 淺摻雜區(qū)105，源極102延伸過口袋注入?yún)^(qū)104的底部與淺摻雜區(qū)105相鄰。下面以P型綠色晶體管(口袋注入?yún)^(qū)104的導(dǎo)電類型為P型、源極102的導(dǎo)電類 型為N型、漏極103的導(dǎo)電類型為P型)為例，對其工作原理進(jìn)行進(jìn)一步介紹。如圖2所示，為P型綠色晶體管的P型口袋注入?yún)^(qū)104附近的能帶圖，其中虛線部 分為晶體管關(guān)閉時的能帶，實線部分為晶體管開啟時的能帶。在關(guān)閉狀態(tài)下，即柵極未加載 偏壓時，導(dǎo)帶Ec底部比價帶Ev頂部電勢位高，導(dǎo)帶Ec和價帶Ev之間存在很大的勢壘，此 時P型口袋注入?yún)^(qū)104與N型源極102之間不會產(chǎn)生載流子轉(zhuǎn)移。在開啟狀態(tài)下，即柵極 加載負(fù)偏壓時，P型口袋注入?yún)^(qū)104電勢降低，能帶進(jìn)一步向上彎曲，使得價帶Ev的頂部電 勢位超過了導(dǎo)帶Ec底部，導(dǎo)帶Ec和價帶Ev之間形成了隧道效應(yīng)。結(jié)合圖3所示，當(dāng)源極 102、漏極103之間存在正向電壓時，P型口袋注入?yún)^(qū)104的電子將向N型源極102隧穿形成 連續(xù)的電子流，同時P型口袋注入?yún)^(qū)104內(nèi)的空穴將經(jīng)由淺摻雜區(qū)105流向P型漏極103，
3從而器件能夠工作。與現(xiàn)有的MOS晶體管主要依靠一種載流子導(dǎo)通不同，綠色晶體管的電流同時包 括電子和空穴，因此，其亞閾值電壓擺幅較小，小于60mV/decade，甚至可以小于1 OmV/ decade，且閾值電壓遠(yuǎn)低于現(xiàn)有的MOS晶體管，可以低至0. 2V，同等尺寸下的能耗遠(yuǎn)小于現(xiàn) 有的MOS器件，是深納米尺寸替代MOS晶體管器件的良好選擇。目前綠色晶體管的概念僅處于理論模型的研究，而實際應(yīng)用于半導(dǎo)體的制造工藝 尚無報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)，與現(xiàn)有的CMOS工藝相兼容，并 滿足器件尺寸按比例縮小后降低能耗的需求。為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種雙柵極場效應(yīng)晶體管，包括器件層，所述器件層具有相對的第一表面和第二表面；位于器件層內(nèi)、相互隔離并且導(dǎo)電類型相異的源極以及漏極；位于源極和漏極之間的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)沿器件層的第一表面向第二表面依次 包括第一口袋注入?yún)^(qū)、源連接區(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)；所述第一口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入 區(qū)均與漏極相電連接；所述源連接區(qū)與源極相電連接；位于器件層的第一表面上與第一口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第 一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層和第一柵電極；位于器件層的第二表面上與第二口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第 二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層和第二柵電極。作為優(yōu)選方案，在漏極與溝道區(qū)之間還形成有淺摻雜區(qū)，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類 型與漏極相同，摻雜濃度較漏極的摻雜濃度低。作為優(yōu)選方案，第一口袋注入?yún)^(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)關(guān)于源連接區(qū)對稱；第一柵極 結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道區(qū)對稱。制作器件層的材料包括Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、InAs 以及 InGaAs。本發(fā)明提供的另一種雙柵極場效應(yīng)晶體管，包括絕緣體上硅，所述絕緣體上硅包括硅基底、依次位于硅基底上的絕緣層和頂層 娃；位于頂層硅內(nèi)互相隔離且導(dǎo)電類型相異的源極、漏極；位于源極、漏極之間的溝道體，所述溝道體具有在源極、漏極之間延伸且垂直于頂 層硅表面的第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面相對；沿所述第一側(cè)面至第二 側(cè)面方向所述溝道體包括并行排列的第一口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入?yún)^(qū)以及位于第一口袋 注入?yún)^(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)之間的源連接區(qū)，所述第一口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入?yún)^(qū)均與漏 極電連接，所述源連接區(qū)與源極電連接；位于溝道體的第一側(cè)面上的第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層 和第一柵電極；位于溝道體的第二側(cè)面上的第二柵 結(jié)構(gòu)，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層 和第二柵電極。
作為優(yōu)選方案，在漏極與溝道區(qū)之間還形成有淺摻雜區(qū)，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類 型與漏極相同，摻雜濃度較漏極的摻雜濃度低。作為優(yōu)選方案，所述第一 口袋注入?yún)^(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)關(guān)于源連接區(qū)對稱；第一 柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道體對稱。作為優(yōu)選方案，所述溝道區(qū)截面寬度范圍為5-50nm、長度范圍為5-50nm、高度范 圍為 5-100nm。作為優(yōu)選方案，所述第一柵介質(zhì)層還覆蓋源極和漏極，所述第二柵介質(zhì)層還覆蓋 源極和漏極。與現(xiàn)有的綠色晶體管相比，本發(fā)明所提供的雙柵極場效應(yīng)晶體管亞閾值擺幅小， 閾值電壓低，滿足了小尺寸下器件按比例縮小后降低能耗的需求，并避免了一系列二級效 應(yīng)的產(chǎn)生；且通過在第一柵電極和第二柵電極上加電壓控制晶體管的開啟和關(guān)閉，具有響 應(yīng)速度快，開關(guān)特性靈敏的特點。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標(biāo)記。附圖 并未按比例繪制，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺 寸。圖1為現(xiàn)有的P型綠色晶體管結(jié)構(gòu)模型示意圖；圖2為現(xiàn)有的P型綠色晶體管口袋注入?yún)^(qū)能帶圖；圖3為現(xiàn)有的P型綠色晶體管開啟狀態(tài)載流子遷移示意圖；圖4本發(fā)明的第一實施例的雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖5本發(fā)明的第二實施例的雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明的第二實施例的N型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖7a為N型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管關(guān)閉狀態(tài)的溝道區(qū)能帶示意圖；圖7b為N型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管開啟狀態(tài)的溝道區(qū)能帶示意圖；圖8為本發(fā)明的第二實施例的P型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖；圖9a為P型溝道型雙柵極場效應(yīng)晶體管關(guān)閉狀態(tài)的溝道區(qū)能帶示意圖；圖9b為P型溝道型雙柵極場效應(yīng)晶體管開啟狀態(tài)的溝道區(qū)能帶示意圖；圖10為本發(fā)明第二實施例的P型溝道的立體結(jié)構(gòu)雙柵極場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示 意圖。
具體實施例方式從現(xiàn)有技術(shù)已知，綠色晶體管在小尺寸下具有較低的能耗以及穩(wěn)定的器件特性， 滿足了 VDD按比例縮小的低能耗需求，在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明提供一種新的雙柵極場效應(yīng)晶體管。下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的具體實施例作具體介紹。圖4為本發(fā)明提供的第一個實施例的雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意圖。包 括
器件層200，所述器件層200具有相對的第一表面和第二表面；位于器件層200內(nèi)相互隔離并且導(dǎo)電類型相異的源極1以及漏極2 ；位于源極1和漏極2之間的溝道區(qū)；所述溝道區(qū)沿器件層200的第一表面向第二表面方向依次包括第一口袋注入?yún)^(qū) 3a、源連接區(qū)4、以及第二口袋注入?yún)^(qū)3b ；所述第一口袋注入?yún)^(qū)3a、第二口袋注入?yún)^(qū)3b均與 漏極2電連接，即導(dǎo)電類型相同；所述源連接區(qū)4與源極1電連接，即導(dǎo)電類型相同。所述雙柵極場效應(yīng)晶體管還包括依次位于器件層200的第一表面上的與第一口 袋注入?yún)^(qū)3a位置相對應(yīng)第一柵介質(zhì)層6a和第一柵電極7a，所述第一柵介質(zhì)層6a與第一柵 電極7a構(gòu)成第一柵極結(jié)構(gòu)；依次位于器件層200的第二表面上的與第二口袋注入?yún)^(qū)3b位 置相對應(yīng)的第二柵介質(zhì)層6b和第二柵電極7b，所述第二柵介質(zhì)層6b與第二柵電極7b構(gòu)成 第二柵極結(jié)構(gòu)。其中，溝道區(qū)的溝道長度與第一口袋注入?yún)^(qū)3a、第二口袋注入?yún)^(qū)3b以及源連接區(qū) 4的尺寸有關(guān)，在實際工藝中可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；為了便于工藝制造，作為優(yōu)選方案，第一口袋注入?yún)^(qū)3a與第二口袋注入?yún)^(qū)3b關(guān)于 源連接區(qū)4對稱，所述對稱是指第一口袋注入?yún)^(qū)3a與第二 口袋注入?yún)^(qū)3b的位置對稱，所述 對稱還指第一口袋注入?yún)^(qū)3a與第二口袋注入?yún)^(qū)3b采用相同的材質(zhì)以及幾何尺寸。所述第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道區(qū)也對稱，所述對稱具有與上述相同 的含義。制作器件層200的材料可以為Si、Ge、SiGe、GaAs、InP、InAs以及InGaAs，以與現(xiàn) 有的CMOS制造工藝相兼容。上述器件層200可以利用常規(guī)的襯底形成，比如在襯底上形成第一柵極結(jié)構(gòu)，包 括第一柵介質(zhì)層和第一柵電極；在襯底內(nèi)部形成第二柵極結(jié)構(gòu)，包括第二柵介質(zhì)和第二柵 電極；在第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)之間形成溝道區(qū)，所述溝道區(qū)包括第一 口袋注入?yún)^(qū)、 源連接區(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)，在溝道區(qū)的兩側(cè)形成源極、漏極。所述第二柵極結(jié)構(gòu)位于襯底內(nèi)部，比如可以在襯底內(nèi)距離表面一定間隔處形成有 溝槽，所述第二柵極結(jié)構(gòu)所包括的第二柵介質(zhì)層和第二柵電極均位于溝槽內(nèi)，并且所述第 二柵電極與襯底之間完全電學(xué)隔離，比如可以通過空氣隔離即襯底與第二柵電極之間具有 空隙，還可以通過在襯底與第二柵電極之間形成絕緣層進(jìn)行隔離。如圖5所示，為本發(fā)明提供的第二個實施例的雙柵極場效應(yīng)晶體管剖面結(jié)構(gòu)示意 圖。與上述圖4所示器件結(jié)構(gòu)相比，在漏極2與溝道區(qū)之間還形成有淺摻雜區(qū)5，所述淺摻 雜區(qū)5與第一口袋注入?yún)^(qū)3a、源連接區(qū)4、第二口袋注入?yún)^(qū)3b均相鄰，所述淺摻雜區(qū)5的導(dǎo) 電類型與漏極2相同，但摻雜濃度較漏極2的摻雜濃度低。形成所述淺摻雜區(qū)5的目的在 于進(jìn)一步減小溝道區(qū)尤其是口袋注入?yún)^(qū)與漏極之間的漏電壓，同時提高口袋注入?yún)^(qū)與漏極 2之間的載流子遷移速率。在本實施例中，所述第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)還覆蓋淺摻雜區(qū)5。在上述圖5所示的雙柵極場效應(yīng)晶體管，其溝道類型可以分為N型和P型。下面以溝道類型為N型為例加以說明，請參照圖6，為N型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體 管剖面結(jié)構(gòu)示意圖。其中，第一口袋注入?yún)^(qū)203a、第二口袋注入?yún)^(qū)203b的導(dǎo)電類型均為N+ 型；源極201、源連接區(qū)204的導(dǎo)電類型均為P+型；漏極202的導(dǎo)電類型為N+型；淺摻雜區(qū)205的導(dǎo)電類型為N-型。圖7a以及圖7b為圖6所示雙柵極場效應(yīng)晶體管處于關(guān)閉和開啟狀態(tài)下溝道區(qū)的 能帶圖。結(jié)合圖6、圖7a以及圖7b下面討論N型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管的工作原理，其 中P+源極201接地。首先參照圖7a和圖6，當(dāng)?shù)谝粬烹姌O207a和第二柵電極207b的電壓Vgl、Vg2置 為零或接地時，此時N+型的第一口袋注入?yún)^(qū)203a、第二口袋注入?yún)^(qū)203b以及P+型源連接 區(qū)204的價帶Ev頂部的電勢位均比導(dǎo)帶Ec的底部低，導(dǎo)帶Ec與價帶Ev之間存在勢壘，在 N+型第一口袋注入?yún)^(qū)203a與P+型源連接區(qū)204之間以及N+型第二口袋注入?yún)^(qū)203b與 P+型源連接區(qū)204之間均不會發(fā)生明顯的載流子遷移，整個晶體管處于不工作狀態(tài)即N型 溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管關(guān)閉。再結(jié)合圖7b和圖6，當(dāng)?shù)谝粬烹姌O207a和第二柵電極207b電壓Vgl、Vg2為正電 壓時，N+型的第一口袋注入?yún)^(qū)203a、第二口袋注入?yún)^(qū)203b以及P+型源連接區(qū)204的能帶 進(jìn)一步向上彎曲；當(dāng)兩柵極的電壓Vgl、Vg2均超過了閾值電壓后，能帶彎曲足夠大，使得在 P+型源連接區(qū)204與N+型第一口袋注入?yún)^(qū)203a的界面附近以及P+型源連接區(qū)204與N+ 型第二口袋注入?yún)^(qū)203b的界面附近，價帶Ev頂部的電勢位均超過了導(dǎo)帶Ec的底部，導(dǎo)帶 Ec與價帶Ev之間形成隧道效應(yīng)，此時晶體管處于開啟狀態(tài)。若在源、漏極之間外加偏壓， 即N+型漏極202的外置電壓Vdd為正電壓時，P+型源連接區(qū)204的電子將向兩側(cè)N+型的 第一口袋注入?yún)^(qū)203a、第二口袋注入?yún)^(qū)203b隧穿，并經(jīng)由N-型淺摻雜區(qū)205向N+型漏極 202遷移，而P+型源連接區(qū)204所產(chǎn)生的空穴向P+型源極201遷移，上述兩種載流子的遷 移將在溝道區(qū)內(nèi)將形成連續(xù)穩(wěn)定的電流。圖8為P型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖，其中，第一口袋注入?yún)^(qū)303a、第 二口袋注入?yún)^(qū)303b的導(dǎo)電類型均為P+型；源極301、源連接區(qū)304的導(dǎo)電類型均為N+型； 漏極302的導(dǎo)電類型為P+型；淺摻雜區(qū)305的導(dǎo)電類型為P-型。圖9a以及圖9b為圖8所示雙柵極場效應(yīng)晶體管處于關(guān)閉和開啟狀態(tài)下溝道區(qū)的 能帶圖。結(jié)合圖8、圖9a以及圖％，下面討論P(yáng)型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管的工作原理，其 中N+型源極301接地。首先參照圖9a和圖8，當(dāng)?shù)谝粬烹姌O307a和第二柵電極307b的電壓Vgl、Vg2置 為零或接地時，P型溝道雙柵極場效應(yīng)晶體管關(guān)閉，此時P+型的第一口袋注入?yún)^(qū)303a、第二 口袋注入?yún)^(qū)303b以及N+型源連接區(qū)304，價帶Ev頂部的電勢位均比導(dǎo)帶Ec的底部低，導(dǎo) 帶Ec與價帶Ev之間存在勢壘，在P+型第一口袋注入?yún)^(qū)303a與N+型源連接區(qū)304之間以 及P+型第二口袋注入?yún)^(qū)303b與N+型源連接區(qū)304之間均不會發(fā)生明顯的載流子遷移，整 個晶體管處于不工作狀態(tài)。再參照圖9b和圖8，當(dāng)?shù)谝粬烹姌O307a和第二柵電極307b電壓Vgl、Vg2為負(fù)電 壓時，P+型的第一口袋注入?yún)^(qū)303a、第二口袋注入?yún)^(qū)303b以及N+型源連接區(qū)304的能帶 進(jìn)一步向下彎曲；當(dāng)兩柵極的電壓Vgl、Vg2均超過了閾值電壓后，能帶彎曲使得在N+型源 連接區(qū)304與P+型第一口袋注入?yún)^(qū)303a的接觸面附近以及N+型源連接區(qū)304與P+型第 二口袋注入?yún)^(qū)303b的接觸面附近，價帶Ev頂部的電勢位超過導(dǎo)帶Ec的底部，導(dǎo)帶Ec與價 帶Ev之間形成隧道效應(yīng)，此時晶體管處于開啟狀態(tài)，若在源極301、漏極302之間外加正向 偏壓，即P+型漏極302的外置電壓Vdd為負(fù)電壓時，P+型第一口袋注入?yún)^(qū)303a以及P+型
7第二口袋注入?yún)^(qū)303b的電子將往N+型源連接區(qū)304隧穿并流向N+型源極301，而P+型 第一口袋注入?yún)^(qū)303a以及P+型第二口袋注入?yún)^(qū)303b所產(chǎn)生的空穴將經(jīng)由P-型淺摻雜區(qū) 305向P+型漏極302遷移，上述兩種載流子的遷移將在溝道區(qū)內(nèi)將形成連續(xù)穩(wěn)定的電流。與現(xiàn)有的綠色晶體管相比，本發(fā)明的雙柵極場效應(yīng)晶體管等效于將兩個晶體管相 并聯(lián)，共用源連接區(qū)以及源極、漏極。如果在實際制造時，按照優(yōu)選方案，使得第一 口袋注 入?yún)^(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)關(guān)于源連接區(qū)對稱，同時，第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道 區(qū)對稱，所述等效并聯(lián)的兩個晶體管閾值電壓將相同，將第一柵電極與第二柵電極的電壓 Vgl、Vg2共用外接偏壓時，同等的柵極電壓下理論上可以得到雙倍的源漏電流，因此一方面 具有綠色晶體管的亞閾值擺幅小、閾值電壓低的特點，滿足低功耗的需求，同時還簡化了形 成工藝，便于后端工藝布線，在使用時也更易于控制，具有快速的響應(yīng)速度以及良好的開關(guān) 特性。通過上述方案，形成本發(fā)明所述的雙柵極場效應(yīng)晶體管，其第一柵極結(jié)構(gòu)與第二 柵極結(jié)構(gòu)分別位于溝道區(qū)的上下兩側(cè)，但是由于第二柵極結(jié)構(gòu)形成于襯底內(nèi)部，處于器件 的最底層，其形成工藝較為復(fù)雜，且在后端工藝布線時難以引出第二柵極結(jié)構(gòu)的導(dǎo)線。基于上述器件結(jié)構(gòu)的缺點，本發(fā)明還提供了一種立體結(jié)構(gòu)的雙柵極場效應(yīng)晶體管 的結(jié)構(gòu)。如圖10所示，為本發(fā)明所述立體結(jié)構(gòu)雙柵極場效應(yīng)晶體管示意圖，主要包括絕緣體上硅400，所述絕緣體上硅包括硅基底、依次位于硅基底上的絕緣層和頂層 娃；位于頂層硅內(nèi)互相隔離且導(dǎo)電類型相異的源極401、漏極402以及位于源極、漏極 之間的溝道體；所述溝道體與源極401、漏極402均相連接，且具有在源極、漏極之間延伸且垂直 于頂層硅表面的第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面相對；沿所述第一側(cè)面至 第二側(cè)面方向所述溝道體包括并行排列的第一口袋注入?yún)^(qū)403a、第二口袋注入?yún)^(qū)403b以 及位于第一口袋注入?yún)^(qū)403a與第二口袋注入?yún)^(qū)403b之間的源連接區(qū)404 ；所述第一口袋 注入?yún)^(qū)403a、第二口袋注入?yún)^(qū)403b均與漏極402電連接，即導(dǎo)電類型相同；所述源連接區(qū) 404與源極401電連接，即導(dǎo)電類型相同；位于溝道體的第一側(cè)面上的第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層 406a、第一柵電極407a ；位于溝道體的第二側(cè)面上的第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層 406b、第二柵電極407b。為了減小溝道區(qū)尤其是口袋注入?yún)^(qū)與漏極402之間的漏電壓，以及提高口袋注入 區(qū)與漏極402之間的載流子遷移速率，在漏極402與溝道體之間還形成有淺摻雜區(qū)405，所 述淺摻雜區(qū)405的導(dǎo)電類型與漏極402相同，但摻雜濃度較漏極402的摻雜濃度低；同樣為了簡化器件的形成工藝，所述第一口袋注入?yún)^(qū)403a與第二口袋注入?yún)^(qū) 403b關(guān)于源連接區(qū)404對稱；第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道體對稱，與源極401、 溝道體、漏極402形成“十”字鰭型結(jié)構(gòu)；所述溝道體的溝道長度與第一口袋注入?yún)^(qū)403a、第二口袋注入?yún)^(qū)403b以及源連 接區(qū)404的尺寸有關(guān)，在實際工藝中可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整；
所述溝道體截面寬度W的范圍為5-50nm、長度L的范圍為5-50nm、高度T的范圍 為 5-100nm。作為一個具體實施例，本實施例中溝道體的截面寬度W為25nm，長度L為25nm，高 度T為50nm，在該尺寸下，采用常規(guī)的半導(dǎo)體材質(zhì)所制成的晶體管具有較佳的器件特性。另外，對于立體結(jié)構(gòu)的晶體管器件，有源區(qū)垂直于半導(dǎo)體襯底的外側(cè)側(cè)壁通常需 要絕緣隔離，所以在本實施例中，所述第一柵介質(zhì)層406a與第二柵介質(zhì)層406b均還覆蓋源 極401和漏極402的第一側(cè)面以及第二側(cè)面。因為本發(fā)明所述的立體結(jié)構(gòu)雙柵極場效應(yīng)晶體管的器件構(gòu)成以及工作原理與前 述兩種實施例相同，故不再按照導(dǎo)電類型分別描述，本發(fā)明領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)容易推得其 具體工作原理。本發(fā)明所述的立體結(jié)構(gòu)的雙柵極場效應(yīng)晶體管的第一柵極結(jié)構(gòu)和第二柵極結(jié)構(gòu) 均形成于頂層硅表面，工藝簡單，而且容易從源極401、漏極402以及第一柵電極407a、第二 柵電極上407b上引出導(dǎo)線，極大便于了后端的互連工藝。本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
一種雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括器件層，所述器件層具有相對的第一表面和第二表面；位于器件層內(nèi)、相互隔離并且導(dǎo)電類型相異的源極以及漏極；位于源極和漏極之間的溝道區(qū)，所述溝道區(qū)沿器件層的第一表面向第二表面依次包括第一口袋注入?yún)^(qū)、源連接區(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)；所述第一口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入?yún)^(qū)均與漏極相電連接；所述源連接區(qū)與源極相電連接；位于器件層的第一表面上與第一口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層和第一柵電極；位于器件層的第二表面上與第二口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層和第二柵電極。
2.如權(quán)利要求1所述的雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，在漏極與溝道區(qū)之間還形 成有淺摻雜區(qū)，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，摻雜濃度較漏極的摻雜濃度低。
3.如權(quán)利要求1或2所述的雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述第一口袋注入?yún)^(qū)與 第二口袋注入?yún)^(qū)關(guān)于源連接區(qū)對稱；第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道區(qū)對稱。
4.如權(quán)利要求1所述雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述器件層的材料為Si、Ge、 SiGe, GaAs, InP、InAs 以及 InGaAs 中之一。
5.一種雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括絕緣體上硅，所述絕緣體上硅包括硅基底、依次位于硅基底上的絕緣層和頂層硅；位于頂層硅內(nèi)互相隔離且導(dǎo)電類型相異的源極、漏極；位于源極、漏極之間的溝道體，所述溝道體具有在源極、漏極之間延伸且垂直于頂層硅 表面的第一側(cè)面和第二側(cè)面，所述第一側(cè)面和第二側(cè)面相對；沿所述第一側(cè)面至第二側(cè)面 方向所述溝道體包括并行排列的第一口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入?yún)^(qū)以及位于第一口袋注入 區(qū)與第二口袋注入?yún)^(qū)之間的源連接區(qū)，所述第一 口袋注入?yún)^(qū)、第二口袋注入?yún)^(qū)均與漏極電 連接，所述源連接區(qū)與源極電連接；位于溝道體的第一側(cè)面上的第一柵極結(jié)構(gòu)，所述第一柵極結(jié)構(gòu)包括第一柵介質(zhì)層和第 一柵電極；位于溝道體的第二側(cè)面上的第二柵極結(jié)構(gòu)，所述第二柵極結(jié)構(gòu)包括第二柵介質(zhì)層和第 二柵電極。
6.如權(quán)利要求5所述雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，在漏極與溝道區(qū)之間還形成 有淺摻雜區(qū)，所述淺摻雜區(qū)的導(dǎo)電類型與漏極相同，摻雜濃度較漏極的摻雜濃度低。
7.如權(quán)利要求5或6所述雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述第一口袋注入?yún)^(qū)與第 二口袋注入?yún)^(qū)關(guān)于源連接區(qū)對稱；第一柵極結(jié)構(gòu)與第二柵極結(jié)構(gòu)關(guān)于溝道體對稱。
8.如權(quán)利要求5或6所述雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道區(qū)截面寬度范圍 為5-50nm、長度范圍為5_50nm、高度范圍為5_100nm。
9.如權(quán)利要求5或6所述雙柵極場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述第一柵介質(zhì)層還覆蓋 源極和漏極，所述第二柵介質(zhì)層還覆蓋源極和漏極。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種雙柵極場效應(yīng)晶體管，包括器件層，所述器件層具有相對的第一、第二表面；位于器件層內(nèi)、相互隔離并且導(dǎo)電類型相異的源極以及漏極以及位于源極和漏極之間的溝道區(qū)；所述溝道區(qū)沿器件層第一表面向第二表面依次包括第一口袋注入?yún)^(qū)、源連接區(qū)以及第二口袋注入?yún)^(qū)；所述第一、第二口袋注入?yún)^(qū)均與漏極電連接，所述源連接區(qū)與源極電連接；位于器件層第一表面上與第一口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第一柵極結(jié)構(gòu)；位于器件層第二表面上與第二口袋注入?yún)^(qū)位置相對應(yīng)的第二柵極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所述雙柵極場效應(yīng)晶體管具有高度的響應(yīng)速度，靈敏的開關(guān)特性，且滿足了小尺寸下器件按比例縮小后降低能耗的需求，避免了一系列二級效應(yīng)的產(chǎn)生。
文檔編號H01L29/78GK101894864SQ20091005186
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者吳漢明, 季明華, 肖德元 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司