[发明专利]一种具有高开态电流的N型隧穿场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路领域，特别涉及一种具有高开态电流的N型GaSbAs同质结双栅隧穿场效应晶体管。

背景技术

随着微电子工艺的进步，器件特征尺寸越来越小，对功耗要求也越来越高，但至今电路普遍采用的MOS晶体管由于其工作时自身产生电流的物理机制的限制，其亚阈值摆幅(Subthreshold Swing)在常温下始终不能低于60mv/dec，功耗不能得到有效地减少。不过随着隧穿场效应晶体管(TFET)的出现，这一个问题得到了有效地解决，因为该器件工作时电流的产生基于隧穿物理机制，从而导致其亚阈值摆幅(Subthreshold Swing)可以降低到60mv/dec以下，达到可以更好地降低功耗的目的。

有别于至今电路普遍采用的MOS晶体管的源漏区掺杂类型相同的方法，隧穿场效应晶体管的源、漏区采用了掺杂类型相反的方式，从而致使其工作时在栅极电压的作用下源区与沟道之间的界面发生了不同于MOS晶体管工作机制的电荷隧穿现象，导致了漏极电流的产生。由于特殊的漏极电流产生机制，隧穿场效应晶体管(TFET)的亚阈值摆幅降低到了60mv/dec以下，功耗也得到有效减少，但其也面临着工作时开态电流(On-State Current)较小的问题。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的是提供一种帯隙窄、隧穿效率高、开态电流高的N型隧穿场效应晶体管及其制作方法。

为实现上述目的，本发明的一种具有高开态电流的N型隧穿场效应晶体管，包括沟道区、源区、漏区、栅氧化层和栅极，沟道区生长在源区与漏区之间，所述沟道区夹在两个栅极之间，在所述沟道区和栅极之间还生长有栅氧化层，所述漏区、沟道区、源区由III-V族化合物半导体材料GaSbAs构成，所述栅氧化层由HfO₂形成，其中所述具有高开态电流的N型隧穿场效应晶体管由以下具体步骤制得：

(1)在厚度为50nm的半导体衬底上通过浅槽隔离定义有源区，形成衬底的材料为III-V族化合物GaSbAs；

(2)在半导体衬底的两侧生长厚度为2nm的栅极氧化层，形成氧化层的材料为二氧化铪(HfO₂)；

(3)接着光刻和刻蚀，形成上下两个栅极区域；

(4)光刻暴露出源区区域，以光刻胶为掩膜，刻蚀掉附着在源区上下两侧的氧化层，离子注入形成硼掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3的源区区域，不进行退火处理；

(5)光刻暴露出漏区区域，以光刻胶为掩膜，刻蚀掉附着在漏区上下两侧的氧化层，离子注入形成砷掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的漏区区域，不进行退火处理；

(6)进行退火处理：600℃低温退火1小时，1000℃快速退火10秒；

(7)采用标准CMOS工艺完成器件的制作。。

所述源区掺杂有浓度为5×10¹⁹cm^-3的硼；所述漏区掺杂有浓度为1×10¹⁸cm^-3的砷；所述沟道区没有掺杂杂质。所述栅氧化层的厚度为2nm。

制备上述具有高开态电流的N型隧穿场效应晶体管的方法，具体步骤如下：

(1)在厚度为50nm的半导体衬底上通过浅槽隔离定义有源区，形成衬底的材料为III-V族化合物GaSbAs；

(2)在半导体衬底的两侧生长厚度为2nm的栅极氧化层，形成氧化层的材料为二氧化铪(HfO₂)；

(3)接着光刻和刻蚀，形成上下两个栅极区域；

(4)光刻暴露出源区区域，以光刻胶为掩膜，刻蚀掉附着在源区上下两侧的氧化层，离子注入形成硼掺杂浓度为5×10¹⁹cm^-3的源区区域，不进行退火处理；

(5)光刻暴露出漏区区域，以光刻胶为掩膜，刻蚀掉附着在漏区上下两侧的氧化层，离子注入形成砷掺杂浓度为1×10¹⁸cm^-3的漏区区域，不进行退火处理；

(6)进行退火处理：600℃低温退火1小时，1000℃快速退火10秒；

(7)采用标准CMOS工艺完成器件的制作。