[发明专利]基于铁电掺杂的拱形不对称可重构场效应晶体管及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于铁电掺杂的拱形不对称可重构场效应晶体管，主要解决现有技术栅控能力弱，器件性能差的问题，其包括：纳米线沟道(1)、源区(2)、漏区(3)、控制栅极(4)、栅极隔离区(5)、编程栅极(6)、载流子控制层(7)和侧墙(8)，该源区和漏区分别位于圆柱状纳米线沟道的两端，载流子控制层和侧墙包裹在纳米线沟道的外侧，且侧墙位于载流子控制层的两端，厚度大于载流子控制层；该控制栅极、栅极隔离区和编程栅极从左到右分布在载流子控制层的外部，其中载流子控制层采用铁电材料，通过改变两个栅极的脉冲极性，使该层极化反转，实现不同类型的载流子掺杂。本发明增强了栅控能力，提高器件性能，可用于可编程逻辑阵列。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种基于铁电掺杂的拱形不对称场效应晶体管，可用于可编程逻辑阵列。

背景技术

由于特征尺寸的不断缩放，当前的互补金属氧化物半导体技术已经进入纳米级范围，并接近其物理极限。

可重构场效应晶体管作为新兴的纳米技术之一，近年来受到了极大的关注。基于肖特基势垒隧穿，可重构场效应晶体管可以通过单个晶体管提供n型和p型特性，具体取决于施加到终端的电偏置。因这种可编程行为，可重构场效应晶体管在可编程逻辑阵列领域提供了明显的优势。与传统的互补金属氧化物半导体技术相比，更多的功能可以在相等的覆盖区域内实现，而不是盲目地减小晶体管尺寸。

现有可重构晶体管大多采用对称的源漏结构，然而，因为源区和沟道间的载流子隧穿主导了传导电流，所以这种对称源漏结构的可重构场效应晶体管开态电流较小，造成电路带载能力降低，逻辑运算的开关速度变慢。

为了提高可重构场效应晶体管的开态电流，近年提出了具有不对称源漏结构的可重构晶体管，如图1所示，以改善可重构场效应晶体管的开态电流，从而改善电路的性能。其包括：纳米线沟道1、源区2、漏区3、控制栅极4、栅极隔离区5、编程栅极6、氧化层7、侧墙8，纳米线沟道1采用的IV族单晶半导体材料硅；源区2、漏区3采用NiSi2；控制栅极4、编程栅极6，采用中带隙的金属材料；栅极隔离区5采用SiO2，氧化层7采用SiO2材料；侧墙8采用Si3N4；氧化层7环绕覆盖于纳米线沟道1的表面；控制栅极4、栅极隔离区5、编程栅极6按次序分别环绕覆盖于氧化层7的表面；侧壁8位于控制栅极4、编程栅极6的两侧，环绕覆盖于纳米线沟道1的表面；源区2、漏区3与纳米线沟道1形成了肖特基接触，特别地，源区2有一部分圆柱形的区域探入了纳米线沟道1。

目前对于图1所示的不对称源漏结构的可重构晶体管，采用了电学掺杂方式，如功函数掺杂及外加偏置掺杂。功函数掺杂利用金属与半导体的功函数差产生载流子，具有非易失性。但由于其功函数随金属电极的确立而被固定，故这种掺杂方法并不具备可重构性。而外加偏置掺杂是通过在器件终端施加外加电压偏置，在金属与半导体界面上形成电场，进而利用该电场诱导，进行载流子的掺杂。该掺杂方式虽然具有可重构性，但由于外加电压偏置需一直被施加于器件终端上，一旦撤去该外加偏置电压，则掺杂效果会立即消失，因而这种掺杂方法并不具备非易失性。导致拱形不对称源漏结构的可重构场效应晶体管不能同时实现可重构性和非易失性，不利于电路集成度的提高及其功能的增加。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于铁电掺杂的拱形不对称可重构场效应晶体管及其制作方法，以同时实现拱形不对称可重构场效应晶体管的可重构性和非易失性，从而提高电路的集成度，增加集成电路的功能。

为实现上述目的，本发明基于铁电掺杂的拱形不对称可重构场效应晶体管，包括：纳米线沟道1、源区2、漏区3、控制栅极4、编程栅极6、载流子控制层7和侧墙8，源区2和漏区3分别位于圆柱状纳米线沟道1的两端，载流子控制层7和侧墙8包裹在圆柱状纳米线沟道1的外侧，且侧墙8位于载流子控制层7的两端，厚度大于载流子控制层7；环形的控制栅极4、栅极隔离区5和编程栅极6从左到右分布在载流子控制层7的外部，其特征在于：