[发明专利]一种源漏非对称的环栅可重构场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种源漏非对称的环栅可重构场效应晶体管，包括垂直排列的纳米片或纳米线沟道，包裹在沟道外、位于栅极及栅极隔离下方的栅极氧化物，分别对称设置在栅极氧化物外侧的控制栅极和极性栅极，包裹在沟道外用于隔离控制栅极与极性栅极的栅极隔离以及设于沟道左右两端、包裹在沟道外的边墙，设置在沟道一端的漏和沟道另一端向源边墙内部延伸的源，设置在底部的衬底。本发明与现有源漏对称型器件相比，向源边墙内部延伸的源增加了源端与沟道的接触面积，载流子线隧穿概率增大，开态电流提升。在关断时，漏端结构与源漏对称型器件漏结构非交叠区域相同，关态电流基本保持不变，故具有更为理想的电流开关比，逻辑响应更快。

技术领域

本发明属于半导体器件中的场效应晶体管领域，具体涉及一种源漏非对称的环栅可重构场效应晶体管。

背景技术

晶体管尺寸的微缩见证着半导体技术的发展，随着工艺节点不断推进，传统体硅器件性能的退化愈发不可忽视，同时经济制约与工艺壁垒也对摩尔定律的延续提出了巨大挑战，为满足时代需求，许多新型器件结构被相继提出。其中纳米片环栅场效应晶体管（Nanosheet Gate-All-Around Field-Effect Transistor）与纳米线环栅场效应晶体管（Nanowire Gate-All-Around Field-Effect Transistor）由于具备出色的栅控能力，优良的静电完整性，成为5纳米及以下极具吸引力的结构之一。通过垂直排列纳米片或纳米线沟道，在面积一定的基础上可获得更大的饱和电流，提高器件集成度，解决功耗与性能的矛盾。

同时，可重构场效应晶体管（Reconfigurable field effect transistor，RFET）凭借结构上的优势，能够以更低的晶体管数目实现复杂的逻辑电路而备受关注。通过设置两个独立的栅极，器件能够在N型与P型间灵活切换，极性栅极的偏压决定两端肖特基结中发生隧穿的载流子类型，控制栅极则影响器件的通断，与基于CMOS的电路相比其功能选择性更佳。然而，隧穿机制依赖性使得器件的开态电流密度仍较小，应用场合较为局限。

发明内容

本发明的目的是针对现有的源漏对称型环栅可重构场效应晶体管开态电流较小的问题，提出的一种源漏非对称的环栅可重构场效应晶体管，通过增加源端载流子线隧穿概率，增大载流子隧穿面积，提高器件开态电流，同时关态电流基本保持不变，器件的电流开关比得到改善，减小集成电路逻辑响应时间。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种源漏非对称的环栅可重构场效应晶体管，特点是：它包括：

数条垂直排列的沟道；

设于数条沟道左端且向源边墙内部延伸的源；

设于数条沟道右端的漏；

包裹在各沟道外侧、并与控制栅极和极性栅极及栅极隔离接触的栅极氧化物；

对称设置且包裹在栅极氧化物外侧的控制栅极和极性栅极；

包裹在沟道外侧、设于控制栅极与极性栅极之间的栅极隔离；

设置于控制栅极左侧和源右侧且包裹在沟道外的源边墙；

设置于极性栅极右侧和漏左侧且包裹在沟道外的漏边墙；

设于上述结构底部的衬底；

所述沟道为硅纳米片、锗纳米片、锗硅纳米片、砷化镓纳米片、氧化锌纳米片或硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线或氧化锌纳米线；

所述向源边墙内部延伸的源和漏为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛、和氮化钽中的一种或几种组合；

所述栅极氧化物为二氧化硅或二氧化铪；

所述控制栅极和极性栅极为光刻、刻蚀后形成的铝、铜、多晶硅或氮化钛；

所述栅极隔离为淀积在沟道外侧、控制栅极与极性栅极之间的二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、二氧化铪、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃；

所述源边墙和漏边墙为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、磷硅玻璃或硼磷硅玻璃；

所述衬底为体硅、绝缘层上硅或绝缘层上锗；