[发明专利]一种超薄沟道凹槽隧穿场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种超薄沟道凹槽隧穿场效应晶体管,由栅极、源区、漏区、第一沟道区、第二沟道区、栅介质层、第一隔离层、第二隔离层以及埋氧层；其中，所述栅极与栅介质层位于沟道区之上位置，栅极两侧为隔离层。该新结构具有一个超薄的沟道这样可以增强栅极和沟道的耦合，从而增强栅极的控制能力进而增加器件的隧穿电流。该结构的另一个特征就是将沟道的本征区(低掺杂区)延伸到了漏极区。总之，该结构器件相对于传统的隧穿晶体管在亚阈值摆幅、开关电流比等电学特性以及稳定性方面都有较明显改善。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路用器件,主要是一种超薄沟道凹槽场效应晶体管。

背景技术

随着集成电路的发展，要求电路集成度也要随着不断地提高，进而要求半导体器件的特征尺寸要不断地缩小。然而器件在小尺寸下将面临一些严重的问题，例如MOSFET，它是构成集成电路最基本的器件之一，在较小特征尺寸下将会出现短沟道效应，漏致势垒降低效应等不良现象，这些效应会增加器件的功耗甚至会使器件不能有效的开关即失效。目前降低功耗的常用的方法是在保证驱动电流的情况下减小工作电压，这就意味着减小器件的阈值电压。然而，当MOSFET在其特征尺寸小于45纳米时，由于受到短沟道效应和亚阈值摆幅自身极限的影响，减小器件的工作电压将不能够有效的降低器件的功耗。为了解决集成电路功耗问题，研究人员提出了一种基于量子隧穿效应工作的全新的半导体器件，称它为隧穿场效应晶体管(TFET)。TFET器件具有较低的泄漏电流和较小的亚阈值摆幅，可以有效地解决功耗问题。

在特征尺寸较大的TFET器件中，尽管栅工程和沟道工程被用来提高器件的开态电流、降低器件的亚阈值摆幅和消除双极电流。但是当TFET器件的特征尺寸减小到亚20纳米后，载流子在漏极电压的作用下由源极区直接隧穿到达漏极区，导致较大的泄漏电流即器件中出现短沟道效应。在较大的特征尺寸的TFET器件中增强栅控能力可以比较有效的抑制短沟道效应。当特征尺寸减小亚10纳米后，单纯的通过增加栅控能力已经很难有效的降低短沟道效应。要使TFET器件能够作为理想的开关器件应用在未来的低功耗集成电路中，必须缩小其特征尺寸来满足未来硅基CMOS技术节点的要求，所以较小特征尺寸的TFET器件尤其是亚10纳米器件的研究非常必要。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种新的器件结构，这里我们称该结构为超薄沟道凹槽隧穿场效应晶体管，该结构具有一个超薄的沟道这样可以增强栅极和沟道的耦合，从而增强栅极的控制能力进而增加器件的隧穿电流。该结构的另一个特征就是将沟道的本征区(低掺杂区)延伸到了漏极区。当器件处于关态时可以减小隧穿结处的电场并且增大了隧穿势垒宽度，因此能够有效的减小器件的关态泄漏电流。通过仿真验证了超薄沟道凹槽隧穿晶体管在较小特征尺寸时通过调整漏极区本征层的厚度可以有效的抑制短沟道效应。总之，该新结构相对于传统的隧穿晶体管在亚阈值摆幅、开关电流比等电学特性以及稳定性方面都有所改善。

实现本发明目的技术方案：

本发明一种超薄沟道凹槽隧穿场效应晶体管，特征在于：包括栅极、源区、漏区、第一沟道区、第二沟道区、栅介质层、第一隔离层以及埋氧层；所述的栅极下方设有栅介质层，栅极与栅介质层位于第一沟道区上，第一隔离层将栅极与源区隔离开，第二隔离层将栅极与漏区隔离开；第一隔离层和第二隔离层的厚度不小于栅介质层的厚度；第二沟道区设置在漏区的下方，源区、第一沟道区、第二沟道区设置在埋氧层上；其中第二沟道区的厚度不小于第一沟道区且不大于源区的厚度。

所述的源区2掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

所述的漏区3掺杂浓度为5×10¹⁸—1×10²⁰cm^-3。

所述的沟道区4a与沟道区4b的掺杂浓度是一致的，浓度不大于1×10¹⁷cm^-3。

所述的隔离层6是由空气或者是其它的绝缘介质层构成的。