[发明专利]无掺杂的L形隧穿场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种无掺杂的L形隧穿场效应晶体管，包括：SOI衬底、异质栅介质层、金属层和导电层；SOI衬底的两侧设有隔离槽；SOI衬底的上表面设有源区、沟道区和漏区；异质栅介质层和金属层位于沟道区的上侧，其特征在于：

所述源区、沟道区和漏区，均采用非掺杂的本征材料；

所述栅介质层，采用异质栅介质结构，且靠近源区一侧采用高K介质材料，靠近漏区一侧采用低K介质材料；

所述金属层，设为上下两层，上层采用功函数为5.93eV的金属铂，下层采用功函数低于5.0eV的金属，这两层金属之间用二氧化硅隔离。

2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于：SOI结构的衬底由初始硅片、中间氧化物埋层和硅外延层构成。

3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于：

高K介质材料采用HfO₂或Al₂O₃或Ta₂O₅；

低K介质材料采用SiO₂。

4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其特征在于，下层金属材料采用功函数为4.2eV的镓金属或功函数为4.5eV的钨金属或功函数为4.7eV的铜金属。

5.一种无掺杂的L形隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)准备本征或者轻掺杂的硅衬底，在其表面依次淀积厚度为10～15nm的氧化物埋层和厚度为13～15nm的外延硅；

2)在外延硅的两侧进行光刻和刻蚀，刻蚀到氧化物埋层停止，形成深度为13～15nm的浅沟槽隔离区，在浅沟槽隔离区内淀积二氧化硅，并将表面打磨平整；

3)在外延硅表面的左侧刻蚀，形成深度为1～2nm的源区金属接触凹槽，在凹槽内淀积金属铂作为源极；

4)在外延硅表面的中部进行光刻和刻蚀，形成深度为8～10nm的L形的凹槽结构；

5)在L形的凹槽上淀积厚度为2～3nm的异质栅介质；

6)350～850℃的温度条件下，在异质栅介质层表面的左侧先淀积厚度6～7nm的栅极金属，其采用功函数低于5.0eV的金属，再在栅极金属的凹槽中淀积一层厚度为1～2nm的二氧化硅作隔离，再在400～600℃的温度条件下，隔离层表面上淀积厚度为4～5nm的铂金属作源极；

7)利用光刻和刻蚀工艺将异质栅介质的右侧去掉，暴露出漏区，然后在800℃的温度条件下，在暴露的漏区表面淀积厚度为3～4nm的金属铪作为漏极；

8)在源极、漏极和栅极上光刻引线窗口，刻蚀形成引线孔，并溅射金属，完成源极、漏极和栅极的引线，最终完成无掺杂的L形隧穿场效应晶体管的制备。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤2)中在外延硅的两侧进行光刻和刻蚀，形成浅沟槽隔离区，其实现如下：

2a)在外延硅表面淀积厚度为2～5nm的SiO₂作为垫底氧化层，然后在该层表面淀积厚度为10～15nm的Si₃N₄作为保护层；

2b)利用光刻工艺在Si₃N₄保护层上形成浅沟槽隔离区图形；

2c)利用干法刻蚀工艺在浅沟槽隔离区图形处刻蚀，刻蚀到氧化物埋层停止，形成深度为13～15nm的浅沟槽隔离区。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中在外延硅表面的中部进行光刻和刻蚀，形成L形的凹槽结构，其实现如下：

4a)在外延硅表面先淀积厚度为2～5nm的SiO₂作为垫底氧化层，再在该层表面淀积厚度为10～15nm的Si₃N₄作为保护层；

4b)利用光刻工艺在Si₃N₄保护层上，形成L形的凹槽区域图形；

4c)利用干法刻蚀工艺在凹槽区域图形处刻蚀8～10nm，形成L形的凹槽结构。