[发明专利]倒T型隧穿场效应晶体管

说明书

本发明提供了一种倒T型隧穿场效应晶体管，SOI晶圆的硅衬底上方为SOI晶圆的衬底绝缘层，SOI晶圆的衬底绝缘层上方为重掺杂源区、两个单晶硅薄膜和两个重掺杂漏区，两个单晶硅薄膜L型两侧分别有一个栅极绝缘层，栅极绝缘层的两侧分别有绝缘介质阻挡层，栅极绝缘层两侧且绝缘介质阻挡层的上方为栅极，两个栅极分别位于两侧绝缘介质阻挡层之上且分别与两侧栅极绝缘层接触；栅电极位于栅极上方；源电极位于重掺杂源区上方；漏电极位于重掺杂漏区上方。本发明具有良好的栅极控制能力，具有优秀的亚阈值特性和正向导通能力，使得器件保证在正向特性的同时，具有良好的低反向泄露电流和静态功耗。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种低功耗的隧穿场效应晶体管。

背景技术

随着超大规模集成电路的发展，传统半导体器件的尺寸变得越来越小，然而随之带来的不仅是生产工艺上制作难度的增加，而且各种不良效应也变得越来越明显。当半导体器件尺寸进入纳米时代，由于其自身的物理特性，使得其亚阈值摆幅始终不能突破60mV/dec的极限，同时也存在反向泄漏电流过大等问题。针对这些问题，目前研究人员已经提出一种较为有效的办法来解决亚阈值摆幅等问题，采用一种新型器件隧穿场效应晶体管来取代传统的场效应晶体管，减小传统场效应带来的短沟道效应的影响。普通隧穿场效应晶体管正常工作时，其导通原理利用多数载流子在半导体能带之间发生带带隧穿效应产生电流，其亚阈值摆幅与普通型场效应晶体管的60mv/dec极限相比有了明显的改善。但是，普通隧穿场效应晶体管带带隧穿效率低，使得普通隧穿晶体管的开态电流与传统的场效应晶体管相比较低，且隧穿晶体管栅极电压正向和反向偏置均能产生大小相当的隧穿电流，这使得器件具有较大的静态功耗。难以满足大规模集成系统对器件的要求，因此需要一种新型结构器件使得保持较陡的亚阈值摆幅的同时，也能够显著降低静态功耗和提高晶体管导通时的的正向开态电流。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于隧穿效应的新型器结构的倒T型隧穿场效应晶体管。倒T型隧穿场效应晶体管具有双L形隧穿沟道，在不增加器件尺寸的情况下，使得隧穿沟道尽可能最大化，以实现开态电流尽可能大；该结构另一个特征就是具有双栅极，使得电子隧穿具有较大的概率，进一步保证了足够大的开态电流。此外还具有低亚阈值摆幅和反向泄露电流，高正反向电流比。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种倒T型隧穿场效应晶体管，包含SOI晶圆的硅衬底，SOI晶圆的硅衬底上方为SOI晶圆的衬底绝缘层，SOI晶圆的衬底绝缘层上方为重掺杂源区、两个单晶硅薄膜和两个重掺杂漏区，其中重掺杂源区位于衬底绝缘层上方正中间，两个单晶硅薄膜均为L型，位于重掺杂源区的两侧，且相互对称，两个重掺杂漏区分别位于单晶硅薄膜的L型底部且紧贴SOI晶圆的衬底绝缘层的横向边的外沿，且位于衬底绝缘层的上方；两个单晶硅薄膜L型纵向边的两侧分别有一个栅极绝缘层，栅极绝缘层分别被L形单晶硅薄膜两面环绕；栅极绝缘层纵向边的两侧分别有绝缘介质阻挡层，绝缘介质阻挡层分别位于两个L形单晶硅薄膜横向边的上方，且分别与栅极绝缘层接触；栅极绝缘层纵向边的两侧且绝缘介质阻挡层的上方为栅极，两个栅极分别位于两侧绝缘介质阻挡层之上且分别与两侧栅极绝缘层接触；栅电极位于栅极上方；源电极位于重掺杂源区上方；漏电极位于重掺杂漏区上方。

所述单晶硅薄膜为进行N型轻掺杂，且掺杂浓度为不高于1*10^16/cm^3的单晶硅半导体材料。

所述重掺杂源区为掺杂浓度不低于1*10^20/cm^3的P型掺杂。

所述重掺杂漏区为掺杂浓度不低于1*10^19/cm^3的N型掺杂。

所述栅极绝缘层厚度为0.4nm—1.8nm，栅极绝缘层为高介电常数的物质，采用二氧化铪、四氮化三硅或三氧化二铝中三种物质之一。

所述的绝缘介质阻挡层的介电常数低于栅极绝缘层的介电常数，绝缘介质阻挡层材料采用二氧化硅或氮化硅两种物质之一。

本发明的有益效果在于：