[发明专利]一种动态阈值隧穿场效应双栅器件

说明书

本发明公开了一种动态阈值隧穿场效应双栅器件。由控制栅电极、独立偏置栅电极、源区、漏区、沟道区和控制栅介质层组成；其中，所述独立偏置栅电极位于所述阈值隧穿场效应双栅器件底部的独立偏置栅介质层下，由独立偏置栅介质层与沟道区隔离；所述源区和漏区分别位于所述沟道区的两侧，并被控制栅介质将其与控制栅隔离。本发明涉及的器件可独立工作在栅控条件下，为低功耗电路设计提供一种选择方案，而且对阈值电压的调节灵敏度大于传统T‑FinFET器件和SOI隧穿器件。此外，其电学性能优于常规T‑FinFET器件和SOI隧穿器件。通过独立偏置栅的单独电压调制，可以将栅长缩小到20纳米及以下，并保持比较理想的器件性能。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路器件领域，特别涉及一种动态阈值隧穿场效应双栅器件。

背景技术

随着集成电路器件尺寸按照摩尔定律不断减小，传统平面体硅工艺下的金属氧化物半导体场效应器件遭遇短沟道效应和栅极漏电流等发展瓶颈，在10纳米技术节点新结构器件，比如隧穿器件，碰撞离化器件，负电容器件等不断涌现，其中，常规的隧穿场效应双栅器件，也称为：T-FinFET，因其打破传统FinFET亚阈极限的优秀亚阈值特性和非常低的泄漏电流而备受关注，纳米T-FinFET被认为在10-5纳米集成电路中具有应用潜力。

体硅器件的衬底偏置和双栅器件的背栅偏置可以改变器件的阈值电压，这类独立栅偏压操作可以通过外加偏置信号对阈值电压进行控制，因此在功耗管理领域比如低功耗的存储器电路中有重要应用。在T-FinFET中，引入独立的偏置电极进行独立体电位调节，可以对T-FinFET的阈值电压等参数进行调节，改善器件各项电特性，为应用提供多种选择和优化,这就是一种动态阈值隧穿场效应双栅器件(Dynamic Threshold Tunneling FinFET,简写为DT T-FinFET)。该方案适用于SOI型T-FinFET,可在底部的氧化层衬底下形成偏置电极。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态阈值隧穿场效应双栅器件，由控制栅电极、独立偏置栅电极、源区、漏区、沟道区、控制栅介质层和独立偏置栅介质层组成；其中，所述独立偏置栅电极位于所述阈值隧穿场效应双栅器件底部的独立偏置栅介质层下，由金属衬底，并由独立偏置栅介质层与沟道区隔离；所述控制栅电极与所述沟道区通过控制栅介质层隔离，控制栅介质层从三个侧面包围所述沟道区；所述源区和漏区分别位于所述沟道区的两端，并被控制栅介质层将其与控制栅隔离。

优选地，构成沟道区的材料为不掺杂或轻掺杂的半导体材料；

所述构成源区和漏区的材料为掺杂浓度为5×10¹⁸cm-3～2×10²¹cm-3的半导体材料，其掺杂种类不同，前者为P掺杂，后者为N掺杂，或相反。

优选地，所述构成沟道区的材料为硼掺杂浓度为1×10¹⁷cm-3的硅材料；所述构成源区材料为磷掺杂浓度为1×10²⁰cm-3的硅材料，漏区材料为硼掺杂浓度为5×10¹⁸cm-3的硅材料。

优选地，所述独立偏置栅电极的厚度为5-20纳米；所述独立偏置栅介质层的厚度为1.2-20纳米；所述控制栅电极的厚度为5-20纳米；所述控制栅介质层的厚度为1.2-2纳米；所述沟道区的宽度为3-10纳米，高度为3-50纳米。

上述动态阈值隧穿场效应双栅器件沟道区为不掺杂或轻掺杂的半导体材料，如硼掺杂浓度为1×10¹⁷cm^-3的硅材料。源区和漏区为重掺杂的半导体材料，如分别为硼掺杂和磷掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3和5×10¹⁸cm^-3的硅材料。控制栅电极的材料和功函数可调，或使用高介电常数材料及金属栅材料，厚度也可调，一般控制在1-2个纳米以上。偏置介质层介质材料和厚度可调，如采用氧化硅材料，厚度可保持为1到20纳米。沟道区半导体材料高度和宽度可以根据器件的沟道长度和宽度调节。