[发明专利]冷源结构MOS晶体管及其制作方法

说明书

本发明提供了一种冷源结构MOS晶体管及其制作方法。该冷源结构MOS晶体管包括：衬底；冷源结构，包括沿远离衬底方向顺序层叠的第一源区、金属接触层和第二源区；漏区，设置于冷源结构远离衬底的一侧，漏区和第二源区的掺杂类型与第一源区的掺杂类型相反；纳米线结构，设置于冷源结构与漏区之间，且分别与冷源结构和漏区连接；栅极结构，至少部分栅极结构环绕纳米线结构设置。上述冷源结构为N⁺⁺掺杂半导体+金属+P⁺⁺掺杂半导体的三明治结构，或P⁺⁺掺杂半导体+金属+N⁺⁺掺杂半导体的三明治结构，使冷源结构MOS晶体管能够具有较高的开关比(I_on/I_off)和亚阈值摆幅(SS)，开关比能够达到10⁸。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种冷源结构MOS晶体管及其制作方法。

背景技术

随着器件尺寸的不断缩小，半导体器件面临诸多问题，如沟道效应严重、泄漏电流大等等，上述问题均会导致器件具有高功耗。因此，功耗是目前晶体管领域面临的主要问题，通过降低器件的工作电压或使器件保持较高的开关比都能够有效地降低功耗。

为了有效降低器件功耗，现有技术中研究出了隧穿场效应晶体管(TFET)，TFET相比于现有技术中的MOS晶体管，能够具有更低的功耗。然而，随着人们对晶体管性能要求的提高，TFET的开关比(I_on/I_off)和亚阈值摆幅(SS)逐渐难以满足人们的需求。

因此，现有技术中亟需提供一种能够具有更高开关比和亚阈值摆幅的MOS晶体管。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种冷源结构MOS晶体管及其制作方法，提供一种能够具有更高开关比和亚阈值摆幅的MOS晶体管。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种冷源结构MOS晶体管，包括：衬底；冷源结构，包括沿远离衬底方向顺序层叠的第一源区、金属接触层和第二源区；漏区，设置于冷源结构远离衬底的一侧，漏区和第二源区的掺杂类型与第一源区的掺杂类型相反；纳米线结构，设置于冷源结构与漏区之间，且分别与冷源结构和漏区连接；栅极结构，至少部分栅极结构环绕纳米线结构设置。

进一步地，第一源区、第二源区和漏区的掺杂浓度独立地满足10¹⁵～10²⁰cm^-3。

进一步地，沿远离衬底的方向上第二源区的厚度为2～20nm。

进一步地，沿远离衬底的方向上金属接触层的厚度为1～20nm。

进一步地，形成金属接触层的材料独立地选自TiN、Ti、W、石墨烯和MoS₂中的任一种或多种。

进一步地，冷源结构MOS晶体管还包括多个导电通道，各导电通道分别与第一源区、漏区和栅极结构连接。

进一步地，栅极结构包括：环栅结构，环绕纳米线结构设置；栅极引出部，设置于纳米线结构延伸方向的一侧，并沿远离纳米线结构的方向延伸，且栅极引出部分别与环栅结构和导电通道连接。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的冷源结构MOS晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，在衬底上顺序形成第一源区、金属接触层、第二源区、纳米线预备层和漏区，第一源区、金属接触层和第二源区构成冷源结构，且漏区和第二源区的掺杂类型与第一源区的掺杂类型相反；S2，刻蚀纳米线预备层，以形成连接冷源结构和漏区的纳米线结构；S3，形成环绕纳米线结构的栅极结构。