[发明专利]双轴张应变GeSn n沟道隧穿场效应晶体管

说明书

技术领域

  本发明涉及一种双轴张应变GeSn n沟道TFET(TunnelingField-effect Transistor：隧穿场效应晶体管)。

背景技术

随着集成电路的进一步发展，芯片特征尺寸的进一步缩小，单个芯片上集成的器件数目的增多，功耗越来越成为人们所关注的问题。根据ITRS数据显示，当特征尺寸缩小到32nm节点时，功耗会是预计趋势的8倍，即随着特征尺寸的逐步缩小，传统的MOS器件就功耗方面将不能满足需求（Nature,vol479,329-337,2011）。另外，MOSFET尺寸的减小面临着室温下亚阈值斜率最小为60mv/decade的限制。基于量子隧穿效应的隧穿场效应晶体管与MOSFET相比,没有亚阈值斜率最小为60mv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。但如何增大隧穿几率、增大隧穿电流成为TFET研究的重点。理论和实验已经证明直接隧穿比间接隧穿具有更大的隧穿几率（Journal of applied physics 113,194507,2013）。

理论证实，当Sn的组分达到6.5%~11%时，弛豫的GnSn材料会转变为直接带隙（Journal of Applied Physics113,073707,2013）。此时则会在源与沟道之间形成直接隧穿，有效的增大隧穿几率，增大隧穿电流，提高器件的性能。但是，Sn组分的增加会使整个材料的质量以及热稳定性变差，通过增加Sn的组分得到直接带隙的GeSn是困难的。理论计算显示，GeSn中引入双轴张应变有利于材料向直接带隙的转变。（Appl.Phys.Lett.,vol.98,no.1,pp.011111-1-011111-3,2011）。

发明内容

本发明的目的是提出一种双轴张应变的GeSn n沟道的隧穿场效应晶体管（TFET）的结构。其中源极区域材料的晶格常数比沟道材料的晶格常数大，形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。这种应变有利于沟道GeSn由间接带隙转变为直接带隙，在源与沟道之间形成直接量子隧穿，增大隧穿几率，从而增大隧穿电流，进而提高器件性能。

为实现发明目的，本发明提出以下技术方案：

一种双轴张应变的GeSn n沟道的隧穿场效应晶体管，其具有一GeSn n沟道、一衬底、一源极、一漏极、一绝缘介电质薄膜、一栅极。 

所述源极是通过外延生长或是键合的方式生长在衬底上，其材料为弛豫的单晶半导体材料GeSn，源极、 n沟道、漏极形成竖直的器件结构；

所述绝缘介电质薄膜环绕生长在GeSn n沟道上；

所述栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上；

所述源极材料的晶格常数比 n沟道GeSn晶格常数大；形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内的双轴张应变。

 本发明的隧穿场效应晶体管能够在GeSn沟道形成XY面内的双轴张应变，这种应变有利于 n沟道GeSn从间接带隙转变为直接带隙，从而发生直接量子隧穿，隧穿电流增大，进而提高器件性能。

附图说明

图1为GeSn n沟道TFET的XZ面剖面图。

图2为GeSn n沟道TFET制造的第一步。

图3为GeSn n沟道TFET制造的第二步。

图4为GeSn n沟道TFET制造的第三步。

图5为GeSn n沟道TFET制造的第四步。

图6为GeSn n沟道TFET制造的第六步。

具体实施方式

为了更为清晰地了解本发明的技术实质，以下结合附图和实施例详细说明本发明的结构和工艺实现：

参见图1所示的双轴张应变GeSn n沟道隧穿场效应晶体管，其包括：

一衬底101，材料为单晶Ge；

一 n沟道103，材料为单晶GeSn，通式为Ge_1-xSn_x（0≤y≤0.25），如采用Ge_0.95Sn_0.05；

一源极102，材料为单晶GeSn，通式为Ge_1-ySn_y（0<x≤0.25，x>y）如可采用Ge_0.9Sn_0.1

 一绝缘介电质薄膜105，生长在沟道上，如采用H-k（高k值）材料二氧化铪H_fO_2；