專(zhuān)利名稱(chēng)：一種混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于CMOS超大規(guī)模集成電路(ULSI)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管邏輯器件領(lǐng)域，具體涉及一種混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
自世界第一塊集成電路誕生以來(lái)，50多年間集成電路技術(shù)一直沿著“摩爾規(guī)律” 的軌跡發(fā)展，存儲(chǔ)器的集成度每18個(gè)月就翻一番，CPU的集成度每?jī)赡暝鲩L(zhǎng)一倍，隨著集成電路集成度的增長(zhǎng)，芯片內(nèi)部的功率密度也越來(lái)越高。低功耗器件的發(fā)明與設(shè)計(jì)已經(jīng)成為大家關(guān)注的熱點(diǎn)。未來(lái)集成電路產(chǎn)業(yè)和科學(xué)發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力是降低功耗，不以提高集成度為技術(shù)節(jié)點(diǎn)，而以提高性能功耗比為標(biāo)尺。傳統(tǒng)M0SFET，因?yàn)槭艿綗犭妱?shì)的限制，亞閾值斜率理論極限是60mV/dec。隨著器件尺寸的縮小，器件關(guān)斷能力也在下降，引起靜態(tài)功耗增加。 TFET (Tunneling FET)通過(guò)柵電極控制溝道能帶位置，促進(jìn)源端價(jià)帶的電子隧穿到溝道的導(dǎo)帶(或者溝道價(jià)帶電子隧穿到源端導(dǎo)帶)。這種不同于MOSFET的載流子產(chǎn)生機(jī)制克服了源端載流子費(fèi)米分布對(duì)亞閾值特性的限制，可以進(jìn)一步降低器件亞閾值斜率，降低器件靜態(tài)漏泄電流進(jìn)而降低器件靜態(tài)功耗。但是對(duì)于TFET來(lái)說(shuō)，柵對(duì)溝道電勢(shì)的控制主要集中在器件表面，柵控高電場(chǎng)區(qū)的厚度有限，因此器件隧穿發(fā)生時(shí)電流的橫截面積非常有限，導(dǎo)致 TFET的電流驅(qū)動(dòng)能力不足，僅僅是MOSFET的千分之一。因此提高TFET的導(dǎo)通電流是一個(gè)非常緊迫的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(穿通TFET)。該器件具有低亞閾值電流，陡直亞閾值斜率同時(shí)具備了高導(dǎo)通電流等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供的混合導(dǎo)通機(jī)制場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖1所示。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源極，漏極，溝道區(qū)以及控制柵，其中源極包含隧穿源極與擴(kuò)散源極兩個(gè)部分。其中對(duì)于N型器件來(lái)說(shuō)，源極包含P型的隧穿源極(結(jié)深較淺)，以及N型的擴(kuò)散源極(結(jié)深較深)。而對(duì)于P型器件來(lái)說(shuō)，源極包含N型隧穿源極(結(jié)深較淺)和P型深的擴(kuò)散源極(結(jié)深較深)。 隧穿源極與擴(kuò)散源極同時(shí)都在源電極進(jìn)行電位引出。漏極的摻雜類(lèi)型與擴(kuò)散源極摻雜類(lèi)型相同，襯底的摻雜類(lèi)型與隧穿源極摻雜類(lèi)型相同。所述隧穿源極的結(jié)深是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，過(guò)淺的結(jié)深容易造成器件提前穿通，泄漏電流增加，亞閾值斜率變大。過(guò)深的結(jié)深容易阻礙穿通的發(fā)生，不能提高器件的導(dǎo)通電流。 同時(shí)結(jié)深的優(yōu)化值與溝道以及襯底的摻雜也有聯(lián)系，一般優(yōu)化值在10納米-1微米之間。所述襯底的摻雜濃度也是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，過(guò)低的摻雜濃度容易造成器件提前穿通，泄漏電流增加，亞閾值斜率變大。過(guò)高的摻雜濃度容易阻礙穿通的發(fā)生，不能提高器件的導(dǎo)通電流。一般取值在IEHcm 3-lE17cnT3之間。所述溝道區(qū)域可以采取縱向兩區(qū)摻雜的方式或者多區(qū)的摻雜方式，這樣可以更靈活地調(diào)節(jié)穿通機(jī)制啟動(dòng)時(shí)的柵電壓。
本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管強(qiáng)調(diào)的是一種混合導(dǎo)通機(jī)制，可以應(yīng)用于硅基半導(dǎo)體材料， 也可以應(yīng)用于其他半導(dǎo)體材料。本發(fā)明的技術(shù)效果(以N型器件為例)1、隨著柵電壓的增加，溝道表面電勢(shì)增加，P型隧穿源極與溝道之間首先發(fā)生帶帶隧穿，為器件提供電流。2、隨著柵電壓繼續(xù)增加，溝道靠近源端的耗盡層繼續(xù)向下擴(kuò)展。當(dāng)柵電壓大到一定程度，耗盡區(qū)邊緣會(huì)擴(kuò)展到穿通源極的結(jié)邊緣，促使穿通電流開(kāi)始導(dǎo)通。器件然后工作在隧穿電流與穿通電流混合的工作模式。與現(xiàn)有的TFET相比，穿通TFET可以有效地提高器件的導(dǎo)通電流，提高器件的驅(qū)動(dòng)能力。


圖1為本發(fā)明混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(穿通TFET)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為制備本發(fā)明混合導(dǎo)通機(jī)制場(chǎng)效應(yīng)晶體管(穿通TFET)的主要工藝步驟。其中圖加為生長(zhǎng)氧化層、淀積多晶硅并且涂上光刻膠后的半導(dǎo)體基片，圖2b為注入源端淺結(jié)的工藝過(guò)程，圖2c為光刻源漏注入窗口工藝過(guò)程，圖2d全片淀積二氧化硅的過(guò)程，圖加為全片刻蝕二氧化硅形成側(cè)墻的過(guò)程，圖2f為源漏完全形成后的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。圖中，1——多晶硅；2氧化硅；3——隧穿源極；4——擴(kuò)散源極；5——半導(dǎo)體襯底；6——漏極；7——光刻膠；8——隧穿源極雜質(zhì)；9——擴(kuò)散源極與漏結(jié)注入雜質(zhì)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖，通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明所述的穿通TFET的實(shí)施方法做進(jìn)一步的說(shuō)明具體實(shí)施步驟如圖2所示1、在襯底5上生長(zhǎng)柵氧化層2，理想數(shù)值大約在3nm-5nm之間，然后淀積多晶硅3， 涂光刻膠7如圖加所示。2、光刻出隧穿源極注入窗口，注入隧穿源極淺結(jié)所需雜質(zhì)8 (采用低能量注入)， 如圖2b所示。3、去膠，然后涂抹光刻膠，光刻出擴(kuò)散源極以及漏極注入窗口，接著刻蝕多晶硅2， 如圖2c所示。4、去光刻膠，淀積二氧化硅7，如圖2d所示。5、全片刻蝕二氧化硅7，形成側(cè)墻，然后注入擴(kuò)散源極所需雜質(zhì)以及漏極所需雜質(zhì) 9 (采用高能量注入)，如圖加所示。6、熱退火，推結(jié)形成源區(qū)與漏區(qū)，如圖2f所示。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括源極、漏極、溝道區(qū)以及控制柵，其特征在于，源極包含隧穿源極以及擴(kuò)散源極兩個(gè)部分，對(duì)于N型器件來(lái)說(shuō)，源極包含一 P型淺的隧穿源極，和N型深的擴(kuò)散源極，對(duì)于P型器件來(lái)說(shuō)，源極包含一 N型淺的隧穿源極，以及P型深的擴(kuò)散源極，上述隧穿源極與擴(kuò)散源極同時(shí)都在源電極做電位引出，漏極的摻雜類(lèi)型與擴(kuò)散源極相同，襯底的摻雜類(lèi)型要與隧穿源極摻雜類(lèi)型相同。
2.如權(quán)利要求1所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述隧穿源極的結(jié)深在10納米-1微米之間。
3.如權(quán)利要求1所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道的摻雜濃度取值在IEHcm 3-lE17cnT3之間。
4.如權(quán)利要求1所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道采取縱向兩區(qū)摻雜的方式或者多區(qū)的摻雜方式。
5.如權(quán)利要求1所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，器件應(yīng)用于硅基半導(dǎo)體材料，或應(yīng)用于其他半導(dǎo)體材料。
6.如權(quán)利要求5所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，器件基于體硅材料或基于SOI材料。
7.如權(quán)利要求1所述的混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，柵介質(zhì)層材料采用二氧化硅，或其他高K介質(zhì)層材料。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種混合導(dǎo)通機(jī)制的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于CMOS超大規(guī)模集成電路(ULSI)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管邏輯器件領(lǐng)域。該混合導(dǎo)通機(jī)制場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源極、漏極、溝道區(qū)以及控制柵，其中源極包含隧穿源極與擴(kuò)散源極兩個(gè)部分。對(duì)于N型器件來(lái)說(shuō)，源區(qū)包含P型的隧穿源極，該區(qū)域結(jié)深較淺。以及N型的擴(kuò)散源極，該區(qū)域結(jié)深較深。而對(duì)于P型器件來(lái)說(shuō)，源區(qū)包含N型淺的隧穿源極以及P型深的擴(kuò)散源極。隧穿源極與擴(kuò)散源極同時(shí)都在源電極進(jìn)行電位引出。漏極的摻雜類(lèi)型與源端擴(kuò)散源極相同，襯底的摻雜類(lèi)型要與隧穿源極摻雜類(lèi)型相同。與現(xiàn)有的TFET相比，本發(fā)明可以有效提高器件的導(dǎo)通電流，提高器件的驅(qū)動(dòng)能力。
文檔編號(hào)H01L29/08GK102194884SQ201110105079
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月26日
發(fā)明者王陽(yáng)元, 詹瞻, 黃如, 黃芊芊 申請(qǐng)人:北京大學(xué)