[发明专利]独立栅控制的纳米线隧穿场效应器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路用器件，尤其涉及一种独立栅控制的纳米线隧穿场效应器件及其制造方法。

背景技术

随着集成电路器件尺寸按照摩尔定律不断减小，传统平面体硅工艺下的金属氧化物半导体场效应器件遭遇短沟道效应和栅极漏电流等发展瓶颈，在32纳米技术节点以下难以突破其理论极限。新结构器件不断涌现，其中，隧穿场效应器件因其优秀的亚阈值特性和非常低的泄漏电流而备受关注。同时，作为非平面工艺器件的环栅器件，因其栅全包围结构而能提供最强栅控制能力、最小短沟道效应以及高开关电流比等优良特性。因此，环栅纳米线隧穿场效应器件被认为拥有在未来CMOS技术中广泛应用的潜力。

体硅器件的衬底偏置和双栅器件的背栅偏置可以改变器件的阈值电压，这类独立栅偏压操作可以通过外加偏置信号对阈值电压进行控制，因此在功耗管理领域比如低功耗的存储器电路中有重要应用。环栅器件因为栅的全包围结构，栅极电学连通，不能从衬底引出电极，一般不认为能进行独立栅操作。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，如何提供一种独立栅控制的纳米线隧穿场效应器件，能够动态调节阈值电压，同时具有更高驱动能力和更低工艺要求。

本发明的技术问题这样解决：构建一种独立栅控制的纳米线隧穿场效应器件，由控制栅电极、调节栅电极、源区、漏区、沟道区、控制栅介质层和调节栅介质层组成，成轴对称，其中：

所述调节栅电极位于中心；

所述沟道区及其两侧的所述源区和漏区与所述调节栅电极通过所述调节栅介质层电隔离，并同轴全套入所述调节栅电极；所述沟道区、所述源区和漏区的总长度与所述调节栅介质层和调节栅电极的长度都相等；

所述控制栅电极与所述沟道区通过所述控制栅介质电隔离，并同轴全套入所述沟道区；所述控制栅电极、控制栅介质和沟道区的长度都相等。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述沟道区的材料为不掺杂或掺杂浓度为1×10¹¹cm^-3～5×10¹⁷cm^-3的半导体材料；所述源区和漏区的材料为掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3～2×10²¹cm^-3的半导体材料，所述源区和漏区的掺杂类型不同，都是P型掺杂或N型掺杂中的一种。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述沟道区的材料为磷或砷掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3的硅材料；所述源区的材料为硼掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3的硅材料，漏区材料为磷或砷掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3的硅材料。调节栅电极和控制栅电极的材料和功函数可调。调节栅电极的直径可调，一般控制在十个纳米以上。调节栅介质材料和厚度可调，如采用氧化硅材料，厚度保持为1.2到2纳米。沟道区半导体材料厚度可以根据器件的沟道长度调节。控制栅介质材料和厚度可调，如采用厚度为1.2到2纳米的氧化硅材料。控制栅电极的厚度可调，一般也控制在五个纳米以上。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述源区、漏区和沟道区的厚度均衡一致。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述源区和漏区从中间向外厚度递增，所述源区和漏区与所述沟道区交界处的厚度与所述沟道区的交界处厚度一致，这样远离沟道区的厚度增大，即抬升源漏区。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述调节栅介质层和控制栅介质区为氧化硅绝缘层或high-K材料(铪hafnium元素为基础的物质)。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述调节栅电极的直径为8～15纳米；如：8、10、15；

所述调节栅介质层的厚度为1.2～2纳米；如：1.2、1.5、2；

所述控制栅电极的厚度为5～20纳米；如：5、8、16、20；

所述控制栅介质层的厚度为1.2～2纳米；如：1.2、1.5、2；

所述沟道区的厚度为3～10纳米，如：3、4、5、10。

按照本发明提供的纳米线隧穿场效应晶体管，所述调节栅电极的长度为75～110纳米；

所述沟道区的长度为15～50纳米；

所述源区的长度为30纳米；

所述漏区的长度为30纳米。