本申請涉及半導(dǎo)體集成電路器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管。

背景技術(shù)：

集成電路工業(yè)在摩爾定律的指引下，器件尺寸越來越小。但隨著器件尺寸的不斷縮小，器件性能受閾值電壓漂移、泄漏電流增加等效應(yīng)的影響愈之明顯，因此多種新型器件結(jié)構(gòu)隨之被提出用來提高柵控能力以抑制短溝道等不良效應(yīng)。但隨著器件的進一步縮小，尤其是在未來幾年器件尺寸縮小到亞10納米以后，摻雜的精度控制變得極其重要和富有挑戰(zhàn)；一方面對溝道原子摻雜數(shù)的控制精度需達個位以避免性能大幅度波動，另一方面摻雜原子的電子在數(shù)個納米尺度內(nèi)會呈現(xiàn)局域化現(xiàn)象，上述情形限制了源漏和溝道之間突變結(jié)的形成；因而，無結(jié)器件被用來克服摻雜突變和熱平衡問題，而且無結(jié)器件具有良好的亞閾值特性和短溝道效應(yīng)，在幾個納米尺寸下依然可以工作。

但是，發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)無結(jié)器件由于自身的導(dǎo)通特性，電學(xué)特性受溝道寬度的影響非常明顯，而溝道寬度又總是受工藝波動的影響而變化。具體在光刻工藝中，光刻膠的烘烤以及光吸收有時不可避免地導(dǎo)致光刻膠截面形狀形成非理想矩形，甚至形成梯形截面，并且這種形狀會通過刻蝕轉(zhuǎn)移到硅體上；同時，工藝制備中非理想的、各向異性的過腐蝕也會導(dǎo)致非理想矩形溝道；所以，在制備納米無結(jié)器件的光刻和刻蝕工藝過程中，線邊緣粗糙是無法避免的工藝波動，進一步，線邊緣粗糙會嚴重影響無結(jié)器件的穩(wěn)定性。因此如何防止工藝波動對無結(jié)器件性能的影響、提高無結(jié)器件的穩(wěn)定性是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本申請?zhí)峁┮环N無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，以解決現(xiàn)有技術(shù)中無結(jié)型場效應(yīng)晶體管穩(wěn)定性差的問題。

根據(jù)第一方面，一種實施例中提供一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，包括溝道區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵電極、源電極和漏電極，其中：

所述源區(qū)和所述漏區(qū)中心對稱地設(shè)置在所述溝道區(qū)兩側(cè)，且所述溝道區(qū)、所述源區(qū)和上述漏區(qū)的摻雜類型和摻雜濃度均相同；

所述溝道區(qū)的表面上設(shè)置有柵極介質(zhì)層，所述柵極介質(zhì)層上設(shè)置有柵電極；

源極介質(zhì)層沿溝道方向設(shè)置在源區(qū)的表面上，所述源極介質(zhì)層上設(shè)置有源電極；漏極介質(zhì)層沿溝道方向設(shè)置在漏區(qū)的表面上，所述漏極介質(zhì)層上設(shè)置有漏電極；所述源電極與柵電極之間、以及所述漏電極與柵電極之間分別設(shè)置有隔離介質(zhì)層，用于隔開源電極和柵電極，以及漏電極和柵電極；

垂直于溝道方向的源區(qū)的端面上還設(shè)置有源端側(cè)電極，垂直于溝道方向的漏區(qū)的端面上還設(shè)置有漏端側(cè)電極；所述源端側(cè)電極與源電極相連接，構(gòu)成源端的電極結(jié)構(gòu)，所述漏端側(cè)電極與漏電極相連接，構(gòu)成漏端的電極結(jié)構(gòu)；

當(dāng)所述摻雜類型為n型時，所述源電極為小于源區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極，所述漏電極為小于漏區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極；或者，當(dāng)所述摻雜類型為p型時，所述源電極為大于源區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，所述漏電極為大于漏區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，以在源區(qū)內(nèi)與源電極對應(yīng)的表面和漏區(qū)內(nèi)與漏電極對應(yīng)的表面形成導(dǎo)電載流子層。

可選地，當(dāng)所述摻雜類型為n型時，所述源電極和所述漏電極的金屬功函數(shù)為3.9ev；當(dāng)所述摻雜類型為p型時,所述源電極和所述漏電極的金屬功函數(shù)為5.6ev。

可選地，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜濃度介于1×10¹⁵cm^-3到1×10¹⁸cm^-3之間。

可選地，所述源極介質(zhì)層和所述漏極介質(zhì)層均包括高介電常數(shù)氧化物層，且所述高介電常數(shù)氧化物層的厚度介于0.4nm到1nm之間。

可選地，所述柵極介質(zhì)層包括氧化硅層或高介電常數(shù)氧化物層，且所述柵極介質(zhì)層的厚度介于1nm到2nm之間；所述隔離介質(zhì)層包括二氧化硅層，且所述二氧化硅層的厚度介于3nm到4nm之間。

可選地，所述柵電極為金屬電極，且所述柵電極的金屬功函數(shù)介于4.5ev到5.5ev之間。

可選地，所述柵極介質(zhì)層包括氧化硅層或高介電常數(shù)氧化物層，且所述柵極介質(zhì)層的厚度介于1nm到2nm之間。

可選地，所述溝道區(qū)的厚度小于德拜長度。

可選地，所述柵極介質(zhì)層設(shè)置在所述溝道區(qū)垂直于溝道方向的、相對的兩個表面上，且每個柵極介質(zhì)層上分別設(shè)置有柵電極；

所述源極介質(zhì)層設(shè)置在與任一柵極介質(zhì)層同側(cè)的源區(qū)表面上，源電極設(shè)置在所述源極介質(zhì)層上，所述源電極與所述源端側(cè)電極相互連接構(gòu)成l型電極結(jié)構(gòu)；

所述漏極介質(zhì)層設(shè)置在所述源極介質(zhì)層同側(cè)的漏區(qū)表面上，漏電極設(shè)置在所述漏極介質(zhì)層上，所述漏電極與所述漏端側(cè)電極相互連接構(gòu)成l型電極結(jié)構(gòu)。

可選地，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)均分別包括頂面和2個側(cè)面，且所述溝道區(qū)、擴展區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)均設(shè)置在襯底上；

所述柵極介質(zhì)層覆蓋在溝道區(qū)的頂面和所有側(cè)面上，所述柵電極覆蓋在所述柵極介質(zhì)層上；

所述源極介質(zhì)層覆蓋在源區(qū)的頂面和所有側(cè)面上，所述源電極覆蓋在所述源極介質(zhì)層上；

所述漏極介質(zhì)層覆蓋在漏區(qū)的頂面和所有側(cè)面上，所述漏電極覆蓋在所述漏極介質(zhì)層上。

可選地，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)均為圓柱狀結(jié)構(gòu)；

所述柵極介質(zhì)層環(huán)繞設(shè)置在所述溝道區(qū)的外周，所述柵電極環(huán)繞設(shè)置在所述柵極介質(zhì)層的外周；

所述源極介質(zhì)層環(huán)繞設(shè)置在所述源區(qū)的外周，所述源電極環(huán)繞設(shè)置在所述源極介質(zhì)層的外周；

所述漏極介質(zhì)層環(huán)繞設(shè)置在所述漏區(qū)的外周，所述漏電極環(huán)繞設(shè)置在所述漏極介質(zhì)層的外周。

依據(jù)上述實施例的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，包括溝道區(qū)、源區(qū)、漏區(qū)、柵電極、源電極和漏電極，其中，所述源區(qū)和所述漏區(qū)中心對稱地設(shè)置在所述溝道區(qū)兩側(cè)，且所述溝道區(qū)、所述源區(qū)和所述漏區(qū)的摻雜類型和摻雜濃度均相同；所述溝道區(qū)的表面上設(shè)置有柵極介質(zhì)層，所述柵極介質(zhì)層上設(shè)置有柵電極；源極介質(zhì)層沿溝道方向設(shè)置在源區(qū)的表面上，所述源極介質(zhì)層上設(shè)置有源電極；漏極介質(zhì)層沿溝道方向設(shè)置在漏區(qū)的表面上，所述漏極介質(zhì)層上設(shè)置有漏電極；所述源電極與柵電極之間、以及所述漏電極與柵電極之間分別設(shè)置有隔離介質(zhì)層，用于隔開源電極和柵電極，以及漏電極和柵電極；垂直于溝道方向的源區(qū)的端面上還設(shè)置有源端側(cè)電極，垂直于溝道方向的漏區(qū)的端面上還設(shè)置有漏端側(cè)電極；所述源端側(cè)電極與源電極相連接，構(gòu)成源端的電極結(jié)構(gòu)，所述漏端側(cè)電極與漏電極相連接，構(gòu)成漏端的電極結(jié)構(gòu)；當(dāng)所述摻雜類型為n型時，所述源電極為小于源區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極，所述漏電極為小于漏區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極；或者，當(dāng)所述摻雜類型為p型時，所述源電極為大于源區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，所述漏電極為大于漏區(qū)半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，以在源區(qū)內(nèi)與源電極對應(yīng)的表面和漏區(qū)內(nèi)與漏電極對應(yīng)的表面形成導(dǎo)電載流子層。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)源電極和漏電極的金屬功函數(shù)，可以在源區(qū)和漏區(qū)表面積累相應(yīng)類型的載流子形成導(dǎo)電的載流子層，這樣，即使線邊緣粗糙導(dǎo)致溝道寬度發(fā)生變化，載流子層中的載流子依然能夠在電場的作用下較容易地進入到溝道區(qū)進行輸運，從而抑制工藝波動線邊緣粗糙對器件性能的影響，提高器件的穩(wěn)定性；而且該結(jié)構(gòu)還可以保持無結(jié)器件的電流驅(qū)動能力，優(yōu)化無結(jié)器件的亞閾值特性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1所示無結(jié)型場效應(yīng)晶體管受線邊緣粗糙影響的轉(zhuǎn)移特性曲線；

圖3為圖1所示無結(jié)型場效應(yīng)晶體管開態(tài)電流、關(guān)態(tài)電流、亞閾值斜率以及閾值電壓受線邊緣粗糙的影響；

圖4為溝道長為10納米的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管受線邊緣粗糙影響的轉(zhuǎn)移輸出特性；

圖5為本發(fā)明實施例提供的一種三柵無結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)柵無結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；

圖1、圖5和圖6的符號表示為：1-溝道區(qū)，2-擴展區(qū)，3-源區(qū)，4-漏區(qū)，5-柵極介質(zhì)層，6-柵電極，7-隔離介質(zhì)層，8-源電極，9-漏電極，10-源極介質(zhì)層，11-漏極介質(zhì)層，12-源端側(cè)電極，13-漏端側(cè)電極，14-襯底。

具體實施方式

下面通過具體實施方式結(jié)合附圖對本申請作進一步詳細說明。其中不同實施方式中類似元件采用了相關(guān)聯(lián)的類似的元件標號。在以下的實施方式中，很多細節(jié)描述是為了使得本申請能被更好的理解。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以毫不費力的認識到，其中部分特征在不同情況下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情況下，本申請相關(guān)的一些操作并沒有在說明書中顯示或者描述，這是為了避免本申請的核心部分被過多的描述所淹沒，而對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，詳細描述這些相關(guān)操作并不是必要的，他們根據(jù)說明書中的描述以及本領(lǐng)域的一般技術(shù)知識即可完整了解相關(guān)操作。

另外，說明書中所描述的特點、操作或者特征可以以任意適當(dāng)?shù)姆绞浇Y(jié)合形成各種實施方式。同時，方法描述中的各步驟或者動作也可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員所能顯而易見的方式進行順序調(diào)換或調(diào)整。因此，說明書和附圖中的各種順序只是為了清楚描述某一個實施例，并不意味著是必須的順序，除非另有說明其中某個順序是必須遵循的。

在本發(fā)明實施例中，通過調(diào)整源電極和漏電極的功函數(shù)，在相應(yīng)的源區(qū)和漏區(qū)表面形成導(dǎo)電的載流子通道，在保證無結(jié)器件電學(xué)性能的前提下，減小無結(jié)器件開態(tài)電流、關(guān)態(tài)電流、亞閾值斜率以及閾值電壓受工藝波動線邊緣粗糙的影響，提高器件性能的穩(wěn)定性。

實施例一：

請參考圖1，為本發(fā)明實施例提供的一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管包括溝道區(qū)1、源區(qū)3、漏區(qū)4、柵電極6、源電極8和漏電極9。

其中，源區(qū)3和漏區(qū)4中心對稱地設(shè)置在溝道區(qū)1兩側(cè)，這樣溝道區(qū)1內(nèi)的載流子可以從源區(qū)3到漏區(qū)4或者從漏區(qū)4到源區(qū)3進行輸運，而源區(qū)3和漏區(qū)4的設(shè)置方向可以理解為溝道方向，以表示載流子的輸運方向；一示例性實施例中，源區(qū)3與溝道區(qū)1之間還可以設(shè)置有擴展區(qū)2，漏區(qū)4與溝道區(qū)1之間也可以設(shè)置有擴展區(qū)2，通過相應(yīng)的擴展區(qū)2，實現(xiàn)源區(qū)3與溝道區(qū)1的連接，以及漏區(qū)4與溝道區(qū)1的連接。

如圖1所示，溝道區(qū)1位于中心，且溝道區(qū)1兩端連接著擴展區(qū)2，源區(qū)3和漏區(qū)4分別與相應(yīng)的擴展區(qū)2相連；在具體實施時，溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4可以為一體的半導(dǎo)體體材料，例如在硅等半導(dǎo)體襯底上通過擴散或離子注入等手段實施摻雜，使得溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4具有相同的摻雜類型和摻雜濃度。一示例性實施例中，溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4可以使用硅材料，通過摻雜磷和/或砷得到摻雜類型為n型，或者通過摻雜硼得到摻雜類型為p型；當(dāng)然，如果上述半導(dǎo)體體材料為其他半導(dǎo)體材料時例如gan等，還可以使用其他相應(yīng)的方式得到n型或p型半導(dǎo)體，在本發(fā)明實施例中不再贅述。優(yōu)選地，在本發(fā)明實施例中，上述區(qū)域的摻雜濃度介于1×10¹⁵cm^-3到1×10¹⁸cm^-3之間，這樣保證溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4同類型、同濃度的低摻雜。而且，溝道區(qū)1的厚度小于德拜長度，例如溝道厚度可以取值為10nm等；其中，需要說明的是溝道區(qū)1的厚度可以理解為圖1中垂直于溝道方向上溝道區(qū)1上下底面的間距。

溝道區(qū)1上表面覆蓋有柵極介質(zhì)層5，柵極介質(zhì)層5上設(shè)置有柵電極6，該柵極介質(zhì)層5用于溝道區(qū)1和柵電極6之間的隔離。在本發(fā)明實施中，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以為單柵結(jié)構(gòu)或雙柵結(jié)構(gòu)。一示例性實施例中，在溝道區(qū)1任意一個側(cè)面上可以設(shè)置柵極介質(zhì)層5，以及覆蓋在柵極介質(zhì)層5上的柵電極6，形成單柵結(jié)構(gòu)。在另一示例性實施例中，在溝道區(qū)1任意兩個相對的側(cè)面上可以分別設(shè)置柵極介質(zhì)層5，以及覆蓋在柵極介質(zhì)層5上的柵電極6，形成雙柵結(jié)構(gòu)。

為了形成歐姆接觸，柵電極6可以使用金屬電極，且該柵電極6的金屬功函數(shù)介于4.5ev到5.5ev之間。另外，本發(fā)明實施例中的柵極介質(zhì)層5可以使用厚度為1nm到2nm之間的氧化硅層，或者等效厚度為1nm到2nm之間的高介電常數(shù)氧化物層。

在源區(qū)3的表面上設(shè)置有源極介質(zhì)層10，該源極介質(zhì)層10上設(shè)置源電極8；在漏區(qū)4的表面上設(shè)置有漏極介質(zhì)層11，該漏極介質(zhì)層11上設(shè)置漏電極9。為了實現(xiàn)源電極8與柵電極6之間的隔離，在源區(qū)3與溝道區(qū)1之間的擴展區(qū)2的表面上還設(shè)置有隔離介質(zhì)層7；同樣，為了實現(xiàn)漏電極9與柵電極6之間的隔離，在漏區(qū)4與溝道區(qū)1之間的擴展區(qū)2的表面上也設(shè)置有隔離介質(zhì)層7。

當(dāng)溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4的摻雜類型為n型時，源電極8和漏電極9均為低金屬功函數(shù)金屬電極，例如金屬鉿，金屬功函數(shù)為3.9ev；當(dāng)溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4的摻雜類型為p型時，源電極8和漏電極9均為高金屬功函數(shù)金屬電極，例如金屬鉑，金屬功函數(shù)為5.6電子伏。這樣利用源電極8與源區(qū)3的功函數(shù)差，能夠在源區(qū)3上與源電極8對應(yīng)的表面內(nèi)形成導(dǎo)電的載流子層；同樣，利用漏電極9與漏區(qū)4的功函數(shù)差，能夠在漏區(qū)4上與漏電極9對應(yīng)的表面內(nèi)形成導(dǎo)電的載流子層。而且，在具體實施時，8該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管還包括源端側(cè)電極12，源電極8設(shè)置在源極介質(zhì)層10上，源端側(cè)電極12設(shè)置在源區(qū)3與溝道方向垂直的端面上，源電極8和源端側(cè)電極12相互連接構(gòu)成l型電極結(jié)構(gòu)，一示例性實施中，該源端側(cè)電極12覆蓋了整個源區(qū)3的端面以及源極介質(zhì)層10的端面；同樣，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管還可以包括漏端側(cè)電極13，漏電極9設(shè)置在漏極介質(zhì)層11上，漏端側(cè)電極13設(shè)置在漏區(qū)4與溝道方向垂直的端面上，漏電極9和漏端側(cè)電極13相互連接構(gòu)成l型電極結(jié)構(gòu)，一示例性實施例中，該漏端側(cè)電極13覆蓋了整個漏區(qū)的端面以及漏極介質(zhì)層11的端面。

而且，為了進行有效的隔離，在本發(fā)明實施例中，源極介質(zhì)層10和漏極介質(zhì)層11均可以選用高介電常數(shù)氧化物，例如氧化鉿，厚度介于0.4nm到1nm之間；隔離介質(zhì)層7可以選用氧化物二氧化硅，厚度介于3nm到4nm之間。

基于上述實施例的描述，在本發(fā)明實施例中，無結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以有多種柵電極6、漏電極9以及源電極8結(jié)構(gòu)的組合。

在第一種實施情況下，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以為單柵結(jié)構(gòu)，源極介質(zhì)層10設(shè)置在與柵極介質(zhì)層5同側(cè)的源區(qū)3表面上，設(shè)置在源極介質(zhì)層10上的源電極8和設(shè)置在與溝道方向垂直的源區(qū)3外表面上的源端側(cè)電極12共同構(gòu)成的l型電極結(jié)構(gòu)；漏極介質(zhì)層11設(shè)置在與柵極介質(zhì)層5同側(cè)的漏區(qū)4表面上，設(shè)置在漏極介質(zhì)層11上的漏電極9和設(shè)置在與溝道方向垂直的漏區(qū)4外表面上的漏端側(cè)電極13共同構(gòu)成的l型電極結(jié)構(gòu)。

在第二種實施情況下，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以為雙柵結(jié)構(gòu)，源極介質(zhì)層10可以設(shè)置在該雙柵結(jié)構(gòu)中任意一個柵極介質(zhì)層5同側(cè)的源區(qū)3表面上，且通過上述第一種實施情況下的描述方式設(shè)置l型電極結(jié)構(gòu)；漏極介質(zhì)層11設(shè)置在與源極介質(zhì)層10同側(cè)的漏區(qū)4表面上，且通過上述第一種實施情況下的描述方式設(shè)置l型電極結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提供的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的工作原理為：以n型摻雜為例，將源電極8和漏電極9的金屬功函數(shù)設(shè)置為低于硅的功函數(shù)的值，例如鉿，金屬功函數(shù)為3.9電子伏，通過源極介質(zhì)層10和漏極介質(zhì)層11形成mos電容，在源區(qū)3和漏區(qū)4的表面進行足夠多的電子的積累，當(dāng)柵電極6不施加電壓時，溝道區(qū)1無法積累電子，無法形成導(dǎo)電通道，器件處于關(guān)態(tài)；當(dāng)對柵電極6施加正電壓，使得溝道區(qū)1的表面積累電子，于是在整個器件的表面形成n型導(dǎo)電通道，器件處于開態(tài)。對于p型摻雜，也可以通過調(diào)整源電極8和漏電極9的功函數(shù)，在相應(yīng)的源區(qū)3和漏區(qū)4表面形成導(dǎo)電的p型導(dǎo)電通道，詳細工作方式可參見上述n型的描述，在此不再贅述。

下面以雙柵l型源漏電極為例并結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的描述，但本發(fā)明并不限于實施實例。

本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管各項性能是基于sentaurustcad軟件模擬研究得到的，其中考慮了遷移率受高場飽和效應(yīng)和摻雜濃度的影響，考慮載流子的產(chǎn)生和復(fù)合，同時也考慮了量子效應(yīng)。

請參考圖2，為圖1所示無結(jié)型場效應(yīng)晶體管受線邊緣粗糙影響的轉(zhuǎn)移特性曲線。

如圖2所示，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管溝道區(qū)1長度為20納米，厚度為10納米；柵極介質(zhì)層5是二氧化硅，等效氧化層厚度為1納米，為了獲得合適的閾值電壓，柵電極6的金屬功函數(shù)設(shè)置為4.72電子伏；擴展區(qū)2長度為5納米，厚度為10納米，本實例中摻雜類型為n型，摻雜濃度為5×10¹⁷cm^-3；隔離介質(zhì)層7也是二氧化硅，等效氧化層厚度為4納米；源區(qū)3和漏區(qū)4長度為10納米，厚度為10納米；為了獲得合適的開態(tài)電流大小，源極介質(zhì)層10和漏極介質(zhì)層11是高介電常數(shù)氧化物，等效厚度為0.4納米；源電極8和漏電極9的金屬功函數(shù)設(shè)置成3.9電子伏；供應(yīng)電源電壓選擇為1伏特。

本實施例中線邊緣粗糙的實現(xiàn)是基于高斯自相關(guān)功率譜以及高斯自相關(guān)函數(shù)，其中均方根幅度分別設(shè)置為0.2、0.4、0.6、0.8以及1納米，相關(guān)長度設(shè)置為15納米。

圖2展示了50組不同線邊緣粗糙下的轉(zhuǎn)移特性曲線，其中均方根幅度設(shè)置為1納米?？梢园l(fā)現(xiàn)，本發(fā)明實施例的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管相比于相同條件下的傳統(tǒng)無結(jié)器件，其電學(xué)特性受到線邊緣粗糙影響的波動要小很多。而且可以發(fā)現(xiàn)，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的電流驅(qū)動能力與傳統(tǒng)無結(jié)器件相當(dāng)，關(guān)態(tài)電流也要比傳統(tǒng)無結(jié)器件小很多。對于本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其開態(tài)電流平均值為1.7毫安，標準差為0.18毫安，受線邊緣粗糙影響的波動率為10％；而對于傳統(tǒng)無結(jié)器件，其開態(tài)電流平均值為1.73毫安，標準差為0.4毫安，受線邊緣粗糙影響的波動率為23％。；對于本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其亞閾值斜率平均值為66.95mv/dev，標準差為1.22mv/dev，受線邊緣粗糙影響的波動率為1.82％；而對于傳統(tǒng)無結(jié)器件，其亞閾值斜率平均值為77.56mv/dev，標準差為17.86mv/dev，受線邊緣粗糙影響的波動率為23％，說明本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管能夠很好的抑制短溝道效應(yīng)。對于本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，其閾值電壓平均值為0.43伏，標準差為0.01伏，受線邊緣粗糙影響的波動率為2.6％；而對于傳統(tǒng)無結(jié)器件，其閾值電壓平均值為0.32伏，標準差為0.12伏，受線邊緣粗糙影響的波動率為37.8％。

請參考圖3，為圖1所示的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管開態(tài)電流、關(guān)態(tài)電流、亞閾值斜率以及閾值電壓受線邊緣粗糙的影響。

從圖3中的(a)和(b)可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管以及傳統(tǒng)無結(jié)器件的開態(tài)電流波動率以及關(guān)態(tài)電流波動率都隨均方根幅度的增大而增大。其中本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的增長幅度與速率都遠小于傳統(tǒng)無結(jié)器件，而且波動率也一直低于傳統(tǒng)無結(jié)器件。這說明本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的開態(tài)電流和關(guān)態(tài)電流對線邊緣粗糙的影響具有很好的免疫能力。

從圖3中的(c)和(d)可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的亞閾值斜率波動率以及閾值電壓波動率基本不隨均方根幅度的變化而變化，接近于一條水平線，所以其亞閾值斜率波動率和閾值電壓波動率基本不受線邊緣粗糙的影響；而傳統(tǒng)無結(jié)器件的亞閾值斜率波動率以及閾值電壓波動率隨均方根幅度的增大而迅速增大，對線邊緣粗糙的影響非常敏感。而且本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的亞閾值斜率波動率和閾值電壓波動率一直小于傳統(tǒng)無結(jié)器件，這說明本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的亞閾值斜率和閾值電壓對線邊緣粗糙的影響具有很好的免疫能力。

綜上所述，圖2和圖3通過對本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管與傳統(tǒng)無結(jié)型場效應(yīng)晶體管性能進行多方位的比較，可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管具有良好的電流驅(qū)動能力、亞閾值特性以及短溝道效應(yīng)抑制作用，同時能夠很好的抑制線邊緣粗糙對器件性能的影響。

請參考圖4，為溝道長為10納米的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管受線邊緣粗糙影響的轉(zhuǎn)移特性曲線?？梢院苊黠@的發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的開態(tài)電流、關(guān)態(tài)電流以及亞閾值斜率的波動幅度都要小于傳統(tǒng)無結(jié)器件的波動幅度。這說明本本發(fā)明的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管在溝道尺度為10納米時，對線邊緣粗糙仍然有抑制作用，證明了它的應(yīng)用范圍能夠達到10納米尺寸。

通過上述實施例的描述可見，本發(fā)明實施例提供的一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，包括溝道區(qū)1、源區(qū)3、漏區(qū)4、柵電極6、源電極8和漏電極9；其中，所述源區(qū)3和所述漏區(qū)4中心對稱地設(shè)置在所述溝道區(qū)1兩側(cè)，且所述溝道區(qū)1、源區(qū)3和漏區(qū)4的摻雜類型和摻雜濃度均相同；所述溝道區(qū)1的表面上設(shè)置有柵極介質(zhì)層5，所述柵極介質(zhì)層5上設(shè)置有柵電極6；所述源區(qū)3的表面上設(shè)置有源極介質(zhì)層10，所述源極介質(zhì)層10上設(shè)置有源電極8；所述漏區(qū)4的表面上設(shè)置有漏極介質(zhì)層11，所述漏極介質(zhì)層11上設(shè)置有漏電極9；所述源電極8與柵電極6之間、以及所述漏電極9與柵電極6之間分別設(shè)置有隔離介質(zhì)層7，用于隔開源電極8和柵電極6，以及漏電極9和柵電極6；當(dāng)所述摻雜類型為n型時，所述源電極8為小于源區(qū)3半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極，所述漏電極9為小于漏區(qū)4半導(dǎo)體材料功函數(shù)的低金屬功函數(shù)電極；或者，當(dāng)所述摻雜類型為p型時，所述源電極8為大于源區(qū)3半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，所述漏電極9為大于漏區(qū)4半導(dǎo)體材料功函數(shù)的高金屬功函數(shù)電極，以在源區(qū)3內(nèi)與源電極8對應(yīng)的表面和漏區(qū)4內(nèi)與漏電極9對應(yīng)的表面形成導(dǎo)電載流子層。本發(fā)明通過調(diào)節(jié)源電極8和漏電極9的金屬功函數(shù)，可以在源區(qū)3和漏區(qū)4表面積累相應(yīng)類型的載流子進行電流輸運。該結(jié)構(gòu)不僅可以抑制工藝波動線邊緣粗糙對器件性能的影響，并且可以保持無結(jié)器件的電流驅(qū)動能力，優(yōu)化無結(jié)器件的亞閾值特性，進而提高器件的穩(wěn)定性。

實施例二：

請參考圖5，為本發(fā)明實施例提供的一種三柵無結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管包括溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4；其中，溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4均分別包括頂面和2個側(cè)面，且溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4均設(shè)置在襯底12上，該襯底12可以硅襯底等在本發(fā)明實施例中不做限定；柵極介質(zhì)層5覆蓋在溝道區(qū)1的頂面和所有側(cè)面上，柵電極6覆蓋在柵極介質(zhì)層5上，形成三柵的結(jié)構(gòu)，從而增強柵電極6對溝道區(qū)1的控制能力；隔離介質(zhì)層7覆蓋在擴展區(qū)2的頂面和所有側(cè)面上，用于實現(xiàn)源電極8與柵電極6，以及漏電極9與柵電極6之間的隔離；源極介質(zhì)層10覆蓋在源區(qū)3的頂面和所有側(cè)面上，源電極8進一步覆蓋在源極介質(zhì)層10上，從而形成立體的源電極結(jié)構(gòu)；漏極介質(zhì)層11覆蓋在漏區(qū)4的頂面和所有側(cè)面上，漏電極9覆蓋在漏極介質(zhì)層11上，從而形成立體的漏電極結(jié)構(gòu)。源端側(cè)電極12覆蓋了整個源區(qū)與溝道方向垂直的端面以及源極介質(zhì)層10的端面，漏端側(cè)電極13覆蓋了整個漏區(qū)與溝道方向垂直的端面以及漏極截止層11的端面；這樣，源端側(cè)電極12與源電極8相連接，構(gòu)成了包圍的電極結(jié)構(gòu)，漏端側(cè)電極13與漏電極9相連接，構(gòu)成了包圍的電極結(jié)構(gòu)。而且，溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4的摻雜類型和摻雜濃度均相同，摻雜濃度為低摻雜且介于1×10¹⁵cm^-3到1×10¹⁸cm^-3之間；當(dāng)摻雜類型為n型時，源電極8和漏電極9選用低金屬功函數(shù)金屬電極，且金屬功函數(shù)為3.9ev，當(dāng)摻雜類型為p型時，源電極8和漏電極9選用高金屬功函數(shù)電極，且金屬功函數(shù)為5.6ev。本發(fā)明實施例與實施例一的相同之處，可參見實施例一的描述，在此不再贅述。

通過上述實施例的描述可以見，本發(fā)明實施例提供的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，通過設(shè)置立體的源電極結(jié)構(gòu)和漏電極結(jié)構(gòu)，以及三柵結(jié)構(gòu)，增大了源電極8與源區(qū)3、以及漏電極9與漏區(qū)4的接觸面積，從而能夠在源區(qū)3和漏區(qū)4的表面形成更多的導(dǎo)電載流子通道，而三柵結(jié)構(gòu)也進一步增強了柵電極6對溝道區(qū)1的控制能力，從而有效抑制邊緣粗糙對無結(jié)型場效應(yīng)晶體管性能的影響，提高器件的穩(wěn)定性。

實施例三：

請參考圖6，為本發(fā)明實施例提供的一種環(huán)柵無結(jié)型場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖，如圖6所示，該無結(jié)型場效應(yīng)晶體管包括溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4；其中，溝道區(qū)1、擴展區(qū)2、源區(qū)3和漏區(qū)4均為圓柱狀結(jié)構(gòu)；柵極介質(zhì)層5環(huán)繞設(shè)置在溝道區(qū)1的外周，柵電極6進一步環(huán)繞設(shè)置在柵極介質(zhì)層5的外周，形成環(huán)柵結(jié)構(gòu)；隔離介質(zhì)層7環(huán)繞設(shè)置在擴展區(qū)2的外周，從而實現(xiàn)源電極8與柵電極6之間，以及漏電極9與柵電極6之間的隔離；源極介質(zhì)層10環(huán)繞設(shè)置在源區(qū)3的外周，源電極8進一步環(huán)繞設(shè)置在源極介質(zhì)層10的外周，源端側(cè)電極12與源電極8相連接形成環(huán)繞的源極結(jié)構(gòu)；漏極介質(zhì)層11環(huán)繞設(shè)置在漏區(qū)4的外周，漏電極9進一步環(huán)繞設(shè)置在漏極介質(zhì)層11的外周，漏端側(cè)電極13與漏電極9相連接形成環(huán)繞的漏極結(jié)構(gòu)。本發(fā)明實施例與實施例一的相同之處，可參見實施例一，在此不再贅述。

通過上述實施例的描述可見，本發(fā)明實施例提供的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管，通過設(shè)置環(huán)柵結(jié)構(gòu)，以及環(huán)繞的源極和漏極結(jié)構(gòu)，進一步增強了源區(qū)3和漏區(qū)4的導(dǎo)電載流子層，以及柵電極6對溝道區(qū)1的控制能力，從而有效抑制了邊緣粗糙等工藝波動對無結(jié)型場效應(yīng)晶體管性能的影響，提供了器件的穩(wěn)定性。

綜合實施例一至實施例三，本發(fā)明提出的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管可以抑制工藝波動線邊緣粗糙對器件性能的影響，并且保持無結(jié)器件的電流驅(qū)動能力，優(yōu)化無結(jié)器件的亞閾值特性。同時該結(jié)構(gòu)可以用于雙柵、三柵和環(huán)柵等新型結(jié)構(gòu)器件中，具有普遍的可移植性，從而為器件的進一步縮小和在集成電路中的應(yīng)用提供一種思路和方案。

以上應(yīng)用了具體個例對本申請進行闡述，只是用于幫助理解本申請，并不用以限制本申請。對于本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，依據(jù)本申請的思想，還可以做出若干簡單推演、變形或替換。