[发明专利]栅极环绕场效应晶体管

说明书

本申请公开了一种栅极环绕场效应晶体管，包括：栅极结构，该栅极结构从内向外依次包括纳米片状或者纳米线状的沟道、环绕在沟道外的栅氧化层，环绕在栅氧化层外的负电容层以及环绕在负电容层外的顶层金属层；源极结构，源极结构沿沟道的方向位于栅极结构的第一侧，且与栅极结构的沟道接触；漏极结构，漏极结构沿沟道的方向位于栅极结构的第二侧，且与栅极结构的沟道接触，源极结构和漏极结构通过沟道实现导通。本申请通过将器件的栅极设置为栅极环绕结构，使器件的栅极对沟道具有强控制力，通过在栅极环绕结构中设置负电容层，该负电容层的电压放大作用可降低器件的操作电压，进而在一定程度上降低了器件的功耗。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，具体涉及一种栅极环绕场效应晶体管。

背景技术

随着半导体器件的尺寸不断微缩，电路集成度越来越高。随着半导体器件的沟道长度不断微缩，栅极（Gate）对沟道载流子的控制能力受到漏极（Drain）电场影响而不断降低，器件的短沟道效应（Short Channel Effect，SCE）愈发明显。

针对上述问题，相关技术中提出了鳍式场效应晶体管（Fin Field-EffectTransistor，Fin-FET），由于其具有三维栅极包裹结构，栅极对沟道的控制能力增强，从而在一定程度上降低了漏电流，抑制了短沟道效应。然而，随着半导体制造工艺节点发展到5纳米及以下，鳍式场效应晶体管已不足以满足要求。

上述器件在室温下，由于电子的玻尔兹曼分布特征，亚阈值摆幅（SubthresholdSwing，SS）极限值约60mV/dec.，从而导致器件的操作电压较高，进而导致器件的功耗较高。

发明内容

本申请实施例提供了一种栅极环绕场效应晶体管，可以解决相关技术中提供的器件的操作电压和功耗较高问题。

一方面，本申请实施例提供了一种栅极环绕场效应晶体管，包括：

栅极结构，所述栅极结构从内向外依次包括纳米片状或者纳米线状的沟道、环绕在所述沟道外的栅氧化层，环绕在所述栅氧化层外的负电容层以及环绕在所述负电容层外的顶层金属层；

源极结构，所述源极结构沿所述沟道的方向位于所述栅极结构的第一侧，且与所述栅极结构的所述沟道接触；

漏极结构，所述漏极结构沿所述沟道的方向位于所述栅极结构的第二侧，且与所述栅极结构的所述沟道接触，所述源极结构和所述漏极结构通过所述沟道实现导通。

可选的，所述栅氧化层和所述负电容层之间还包括环绕在所述栅氧化层外的界面缓冲层。

可选的，所述界面缓冲层包括氮化物。

可选的，所述负电容层和所述顶层金属层之间还包括环绕在所述负电容层外的功函数金属层，所述栅极环绕场效应晶体管的功函数由所述界面缓冲层、所述负电容层以及所述功函数金属层决定。

可选的，所述栅氧化层层包括界面层和高k介电层。

可选的，所述负电容层包括铁电材料。

可选的，所述栅极结构包括至少两个沟道，所述至少两个沟道共用一层功函数金属层。

可选的，所述沟道包括硅，和/或，锗。

本申请技术方案，至少包括如下优点：

通过将器件的栅极设置为栅极环绕结构，使器件的栅极对沟道具有强控制力，通过在栅极环绕结构中设置负电容层，该负电容层的电压放大作用可降低器件的操作电压，进而在一定程度上降低了器件的功耗。

附图说明