[发明专利]抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于CMOS超大规模集成电路(ULSI)中场效应晶体管逻辑器件领域，具体涉及一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

自集成电路诞生以来，微电子集成技术一直按照“摩尔定律”不断发展，半导体器件尺寸不断缩小。随着半导体器件进入深亚微米范围，传统MOSFET器件由于受到自身扩散漂流的导通机制所限，亚阈值斜率受到热电势kT/q的限制而无法随着器件尺寸的缩小而同步减小。这就导致MOSFET器件泄漏电流缩小无法达到器件尺寸缩小的要求，整个芯片的能耗不断上升，芯片功耗密度急剧增大，严重阻碍了芯片系统集成的发展。为了适应集成电路的发展趋势，新型超低功耗器件的开发和研究工作就显得特别重要。隧穿场效应晶体管(TFET，Tunneling Field-Effect Transistor)采用带带隧穿(BTBT)新导通机制，是一种非常有发展潜力的适于系统集成应用发展的新型低功耗器件。TFET通过栅电极控制源端与沟道交界面处隧穿结的隧穿宽度，使得源端价带电子隧穿到沟道导带(或沟道价带电子隧穿到源端导带)形成隧穿电流。这种新型导通机制突破传统MOSFET亚阈值斜率理论极限中热电势kT/q的限制，可以实现低于60mV/dec的超陡亚阈值斜率，降低器件静态漏泄电流进而降低器件静态功耗。

但是，由于半导体带带隧穿效率偏低，TFET的开态电流与传统MOSFET相比比较低，不能满足系统集成应用中的要求。因此，保持较陡直的亚阈值斜率的同时，提高TFET开态电流是TFET器件应用中需要解决的一个非常重要的问题。

另外，TFET输出特性与传统MOSFET完全不同，输出电流随漏端电压增大而增大，是通过漏端电压降在源端隧穿结处，有效地改变隧穿结隧穿宽度从而使输出隧穿电流增大实现的。由于输出隧穿电流值与隧穿宽度λ成e指数关系，漏端电压与输出隧穿电流呈现一种超e指数关系。因而TFET输出特性曲线前段是一种超e指数的非线性曲线，即输出特性的非线性开启现象，导致器件沟道电导非常小，在电路应用中的输出电阻相当大。TFET的这种输出特性非常不利于器件的电路应用，因此改善TFET输出特性也是TFET电路应用中一个非常重要的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管及制备方法。该隧穿场效应晶体管可以有效抑制器件输出特性中的非线性开启现象，并保持了较陡直的亚阈值斜率。

本发明提供的技术方案如下：

一种抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管，如图1所示，包括隧穿源区5，沟道区6，漏区9，半导体衬底区1，位于沟道区上方的栅介质层7，以及位于栅介质层之上的控制栅8，其特征是，所述的沟道区6位于隧穿源区5上方且位置与隧穿源区5部分重叠，在沟道区6与隧穿源区5界面处形成隧穿结；所述漏区9与沟道区6平行，位于沟道区6的另一侧(非隧穿源区一侧)；所述控制栅8位于沟道区6与隧穿源区5重叠部分的上方，而在靠近漏区9附近的沟道区6存在一个没有控制栅覆盖的区域；并且，所述沟道区6选用能态密度低于1E18cm^-3的半导体材料。

对于N型器件来说，隧穿源区为P型重掺杂，其掺杂浓度约为1E20cm^-3-1E21cm^-3，漏区为N型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E19cm^-3，沟道区为P型轻掺杂，其掺杂浓度约为1E13cm^-3-1E15cm^-3；而对于P型器件来说，隧穿源区为N型重掺杂，其掺杂浓度约为1E20cm^-3-1E21cm^-3，漏区为P型重掺杂，其掺杂浓度约为1E18cm^-3-1E19cm^-3，沟道区为N型轻掺杂，其掺杂浓度约为1E13cm^-3-1E15cm^-3。

所述的隧穿场效应晶体管可以应用于Si，或Ge，也可以应用于其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半导体材料、或绝缘体上的硅(SOI)或绝缘体上的锗(GOI)。

本发明同时提供所述的抑制输出非线性开启的隧穿场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：

1)衬底准备：轻掺杂或未掺杂的半导体衬底；

2)在衬底上初始热氧化并淀积一层氮化物；