[发明专利]金属氧化物金属场效应晶体管(MOMFET)

说明书

本发明的实施例包括金属氧化物金属场效应晶体管(MOMFET)以及制造这种器件的方法。在实施例中，MOMFET器件包括源极和漏极，具有设置在源极和漏极之间的沟道。根据实施例，沟道具有在沟道中产生量子限域效应的至少一个受限尺寸。在实施例中，MOMFET器件还包括通过栅极电介质与沟道分隔开的栅极电极。根据实施例，可以通过改变沟道的尺寸，用于沟道的材料和/或施加到沟道的表面终止物来调节沟道的带隙能量。实施例还包括通过相对于沟道的导带和价带能量控制源极和漏极的工作函数来形成N型器件和P型器件。

技术领域

实施例总体上涉及晶体管器件。具体而言，实施例涉及金属氧化物金属场效应晶体管(MOMFET)以及制造这种器件的方法。

背景技术

器件尺寸不断的缩放导致越来越小和受限的沟道。随着晶体管尺寸的持续减小，材料特性的限制成为越来越难以克服的障碍。例如，随着沟道尺寸的减小，由于量子限域效应，半导体材料的带隙开始增大。例如，块状硅通常具有在约1.0eV和1.1eV之间的带隙。然而，当沟道厚度减小到大约10nm以下时，带隙可以增加大到1.5eV或更大。由于状态密度的降低，受限的沟道还减少了可以在半导体沟道中感应的总电荷。因此，晶体管的效率降低。

另外，随着器件尺寸缩放的继续，制造限制也可能限制尺寸的进一步减小。随着沟道长度减小到小于10nm，可以在注入几个原子的掺杂剂后获得适当的掺杂浓度。例如，可能仅需要一个或两个原子的掺杂剂以提供适当的掺杂浓度。在注入之后，掺杂剂也易于扩散。在这样小的尺度，并且具有如此少的掺杂剂原子，不希望出现的掺杂剂物质的扩散变得越来越难以控制。因此，器件尺寸缩放增加了制造晶体管器件的难度。

此外，对增加晶体管密度的需求正在驱使制造商利用3维(3-D)集成。由于源极、漏极和沟道区通常需要高度有序的半导体晶体，所以3-D集成需要晶片键合。晶片键合极大地增加了生产成本并且需要减少生产量的附加处理操作。

附图说明

图1A是例示了具有各种表面终止物质的Sn纳米线的作为线半径的函数的带隙能量的曲线图。

图1B-1E是例示了具有各种表面终止物质的Sn纳米线的相对于真空的导带和价带的曲线图。

图2A是根据实施例的平面MOMFET器件的图示。

图2B是根据实施例的包括3-D集成的平面MOMFET器件的图示。

图3A-3F是根据实施例的用于形成平面MOMFET器件的过程的横截面图。

图4A-4E是根据实施例的用于形成CMOM反相器的过程的横截面图。

图5A-5D是根据另一实施例的用于形成CMOM反相器的过程的横截面图。

图6A-6C是根据实施例的用于形成纳米线MOMFET器件的过程的横截面图。

图7是根据实施例的纳米线MOMFET器件的横截面图。

图8是根据实施例的利用MOMFET器件的计算机系统的示意性框图的图示。

具体实施方式

本发明的实施例包括金属氧化物金属场效应晶体管(MOMFET)和形成这种器件的方法。

本发明的实施例能够克服在将器件缩放到沟道至少在一个尺寸上受限的点时存在的基于半导体的晶体管器件的先前制造和材料特性限制。如本文所使用的，“受限的”沟道是具有足够小的尺寸以在沟道材料中产生量子限域效应的沟道。材料中的量子限域效应导致能量谱从连续能量谱转变为离散能量谱。因此，载流子(即，空穴和电子)仅能够占据离散的能级。例如，金属或半金属可以具有块状形式的连续能量谱，但是当材料的尺寸变得受限时，载流子仅能够占据离散的能级。因此，在材料中形成带隙，其然后可用于制造晶体管器件，例如根据本文所述的本发明实施例的 MOMFET。