圍柵型納米線晶體管的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種圍柵型納米線晶體管。包括：一圓柱狀的主體結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)包括中間部分及位于中間部分兩側(cè)的兩個(gè)端部，圍繞中間部分包裹有柵極，形成圍柵；兩個(gè)端部作為源極和漏極；其中，所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺，所述中間部分鍺的濃度大于所述兩個(gè)端部的鍺的濃度。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，源漏與溝道的異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)帶來(lái)了中間溝道部分價(jià)帶的上移，從而能使空穴的發(fā)射速度和遷移率得到提升。
【專(zhuān)利說(shuō)明】圍柵型納米線晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種圍柵型納米線晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]在摩爾定律的指導(dǎo)下，集成電路半導(dǎo)體器件的尺寸越來(lái)越小，但是不能無(wú)限縮小。在縮小到一定程度將達(dá)到它的物理極限，嚴(yán)重的短溝道效應(yīng)和柵極泄漏電流將會(huì)出現(xiàn)。這對(duì)摩爾定律的有效性將是一個(gè)挑戰(zhàn)。但是人們積極尋找著替代用縮短器件尺寸來(lái)提高性能的方法，于是業(yè)界把技術(shù)上探索的焦點(diǎn)放到了使用high-k材料和探索新型器件結(jié)構(gòu)上，特別是后者。新型的器件結(jié)構(gòu)將是未來(lái)半導(dǎo)體器件研究和發(fā)展的方向和趨勢(shì)。硅納米線晶體管是一種新型器件結(jié)構(gòu)，它是集成電路發(fā)展路線圖22納米技術(shù)節(jié)點(diǎn)下最有希望的競(jìng)爭(zhēng)者之一。目前國(guó)內(nèi)外初步報(bào)道的硅納米線結(jié)構(gòu)晶體管擁有優(yōu)異的亞閾值特性、載流子遷移率以及關(guān)態(tài)特性，能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)。較之傳統(tǒng)的體硅平面器件，一維準(zhǔn)彈道輸運(yùn)的納米線MOSFET表現(xiàn)出很強(qiáng)的縮小尺寸優(yōu)勢(shì)，納米線晶體管對(duì)實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體路線圖的既定目標(biāo)將表現(xiàn)出極大的潛力。因?yàn)閿U(kuò)大柵包圍溝道的面積，從而提高了控制溝道反型電子的能力，減小了 MOS器件的短溝道效應(yīng)，同時(shí)避免了縮小器件尺寸中所需要做的柵氧化層厚度的減小，從而也減小了柵極的泄漏電流。
[0003]當(dāng)MOSFET特征尺寸進(jìn)入納米尺度后，載流子遷移率的降低成為限制器件性能的主要因素之一。道施加應(yīng)力，或者采用不同的襯底晶向，可以在不改變器件幾何尺寸的情況下，顯著地增強(qiáng)MOSFET的性能。
[0004]對(duì)于短溝圍柵型納米線晶體管而言，根據(jù)文獻(xiàn)“A Unified Carrier-TransportModel for the Nanoscale Surrounding-Gate MOSFET Comprising Quantum - MechanicalEffects”的報(bào)道，其電子遷移率是120cm2/V.s,仍然遠(yuǎn)低于一般長(zhǎng)溝平面MOSFET的1300cm2/V-s的電子遷移率。同樣的條件下，電子的遷移率接近空穴遷移率的3倍，故短溝圍柵型納米線晶體管和一般長(zhǎng)溝平面MOSFET的空穴遷移率分別為40cm2/V.s和433cm2/V.s，前者只是后者的1/10。因此此類(lèi)圍柵型納米線晶體管亟待解決遷移率過(guò)小的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，提供一種圍柵型納米線晶體管，以解決圍柵型納米線晶體管遷移率過(guò)小的問(wèn)題。
[0006]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種圍柵型納米線晶體管，包括:一圓柱狀的主體結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)包括中間部分及位于中間部分兩側(cè)的兩個(gè)端部，圍繞中間部分包裹有柵極，形成圍柵；兩個(gè)端部作為源極和漏極；其中，所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺，所述中間部分鍺的濃度大于所述兩個(gè)端部的鍺的濃度。
[0007]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述中間部分的硅鍺中鍺的濃度為70mol%,所述兩個(gè)端部的硅鍺中鍺的濃度為30mol%。
[0008]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述中間部分為N型摻雜或不摻雜，所述兩個(gè)端部為P型摻雜。
[0009]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述P型摻雜為采用BF2進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為 8el9/cm3 ?2e21/cm3。
[0010]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述主體結(jié)構(gòu)的半徑為IOnm?50nm，中間部分的長(zhǎng)度為IOOnm?lOOOnm。
[0011]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述柵極的厚度為50nm?150nm。
[0012]可選的，對(duì)于所述的圍柵型納米線晶體管，所述中間部分與柵極之間形成有隧穿氧化層，所述隧穿氧化層的材料為SiO2,厚度為5nm-20nm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的圍柵型納米線晶體管中，對(duì)圓柱狀的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改善，使得所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺，且所述中間部分鍺的濃度大于所述兩個(gè)端部的鍺的濃度。相比現(xiàn)有技術(shù)，作為源漏極的兩個(gè)端部的硅鍺中鍺的含量是低于中間作為溝道部分的硅鍺中鍺的含量。這樣的源漏與溝道的異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)帶來(lái)了中間溝道部分價(jià)帶的上移，價(jià)帶的上移能使空穴的發(fā)射速度和遷移率得到提升，并且由于本發(fā)明這種硅鍺的采用，產(chǎn)生橫向壓應(yīng)力，進(jìn)一步增強(qiáng)了空穴的遷移率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的圍柵型納米線晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的圍柵型納米線晶體管的能帶圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的圍柵型納米線晶體管進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0017]為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開(kāi)發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)僅僅是常規(guī)工作。
[0018]在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0019]本發(fā)明的核心思想是，提供一種圍柵型納米線晶體管，包括:一圓柱狀的主體結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)包括中間部分及位于中間部分兩側(cè)的兩個(gè)端部，圍繞中間部分包裹有柵極，形成圍柵；兩個(gè)端部作為源極和漏極；其中，所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺，所述中間部分鍺的濃度大于所述兩個(gè)端部的鍺的濃度。
[0020]以下列舉所述圍柵型納米線晶體管的較優(yōu)實(shí)施例，以清楚說(shuō)明本發(fā)明的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實(shí)施例，其他通過(guò)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進(jìn)亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。[0021]基于上述思想，下面提供圍柵型納米線晶體管的較優(yōu)實(shí)施例，請(qǐng)參考圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例的圍柵型納米線晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]如圖1所示,包括:一圓柱狀的主體結(jié)構(gòu),所述主體結(jié)構(gòu)包括中間部分11及位于中間部分11兩側(cè)的兩個(gè)端部12，所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺(SiGe)，所述中間部分11鍺(Ge)的濃度大于所述兩個(gè)端部12的鍺的濃度，較佳的，在本發(fā)明實(shí)施例中，所述中間部分11的硅鍺中鍺的濃度為70mol%，所述兩個(gè)端部12的硅鍺中鍺的濃度為30mol%。由于Ge的晶格常數(shù)比Si大，SiGe的使用增大了載流子的遷移率，同時(shí)產(chǎn)生橫向的壓應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng)了空穴遷移率。所述中間部分11為N型摻雜或不摻雜，所述兩個(gè)端部12為P型摻雜。所述P型摻雜為采用BF2進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為8el9/cm3~2e21/cm3，具體的，例如可以是le20/
cm3.[0023]圍繞中間部分11包裹有柵極2，形成圍柵，使柵控能力增強(qiáng)，因?yàn)槿谋M的緣故，能夠使載流子密度增加；兩個(gè)端部12作為源極和漏極；其中，所述主體結(jié)構(gòu)的半徑為IOnm~50nm,例如,在優(yōu)選的實(shí)施例中，半徑可以是13cm、15cm、20cm等，中間部分11的長(zhǎng)度為IOOnm~1000nm,即溝道長(zhǎng)度是100nm~1000nm,例如,在一個(gè)實(shí)施例中，中間部分11的長(zhǎng)度可以是350nm。
[0024]所述柵極2與中間部分11之間還包括形成有隧穿氧化層(未圖示)，所述隧穿氧化層的材料為SiO2,厚度為5nm-20nm,例如可以是8nm。所述柵極2的厚度為50nm~150nm,例如是 60nm、75nm、80nm 等。
[0025]本發(fā)明的圍柵型納米線晶體管的能帶圖如圖2示，由于它的源漏部分的SiGe中Ge的含量是30mol%，中間溝道部分SiGe中Ge的含量是70mol%。這樣的源漏與溝道的異質(zhì)結(jié)的結(jié)構(gòu)帶來(lái)了中間溝道部分價(jià)帶頂Ev的上移,價(jià)帶的上移使得能帶差(band-offset)變大，能使空穴的發(fā)射速度和遷移率得到提升。
[0026]此外，經(jīng)過(guò)仿真推演，以13nm直徑的異質(zhì)SiGe納米線pMOSFET與平面同質(zhì)SiGe溝道器件(寬度I μ m)的電學(xué)特性的比較，諸如電流，前者比后者增加4.5倍，而跨導(dǎo)gm和門(mén)極電壓Vg關(guān)系的比較，在飽和區(qū)和線性區(qū)都顯示出前者比后者也都增加4.5倍。
[0027]顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圍柵型納米線晶體管，包括:一圓柱狀的主體結(jié)構(gòu)，所述主體結(jié)構(gòu)包括中間部分及位于中間部分兩側(cè)的兩個(gè)端部，圍繞中間部分包裹有柵極，形成圍柵；兩個(gè)端部作為源極和漏極；其中，所述主體結(jié)構(gòu)的材料包括硅鍺，所述中間部分鍺的濃度大于所述兩個(gè)端部的鍺的濃度。
2.如權(quán)利要求1所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述中間部分的硅鍺中鍺的濃度為70mol%，所述兩個(gè)端部的硅鍺中鍺的濃度為30mol%。
3.如權(quán)利要求2所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述中間部分為N型摻雜或不摻雜，所述兩個(gè)端部為P型摻雜。
4.如權(quán)利要求3所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述P型摻雜為采用BF2進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為8el9/cm3?2e21/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述主體結(jié)構(gòu)的半徑為IOnm?50nm,中間部分的長(zhǎng)度為IOOnm?lOOOnm。
6.如權(quán)利要求5所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述柵極的厚度為50nm?150nmo
7.如權(quán)利要求5所述的圍柵型納米線晶體管，其特征在于，所述中間部分與柵極之間形成有隧穿氧化層，所述隧穿氧化層的材料為SiO2，厚度為5nm-20nm。
【文檔編號(hào)】H01L29/12GK103985757SQ201410145600
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】顧經(jīng)綸 申請(qǐng)人:上海華力微電子有限公司