[发明专利]双材料栅纳米线隧穿场效应器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体集成电路应用器件领域，特别涉及一种双材料栅纳米线隧穿场效应器件及其制造方法。

背景技术

近年来，随着器件尺寸的不断缩小，传统金属氧化物半导体场效应器件遭遇短沟效应等瓶颈，进一步发展受到限制。为提高器件综合性能，研究人员提出了基于不同工作原理的多种新型器件，其中，隧穿场效应器件因其优秀的亚阈值特性和非常低的泄漏电流而备受关注。为更好发挥隧穿器件性能优势，隧穿机制被应用到不同器件结构上，配合新型器件结构所具有的特点进一步提高器件性能。环栅纳米线隧穿场效应器件便是其中之一。而对纳米线本身来说，尽管其具有优良的栅控能力，但随着沟道半径缩减，其泄漏电流等特性受到较大的影响。

CN03137771.8公开了一种双栅金属氧化物半导体晶体管及其制备方法,它的目的是提供一种自对准的电分离双栅金属氧化物半导体晶体管(MOS晶体管)。该技术方案: 所述双栅MOS晶体管，包括硅衬底及其上的绝缘介质层、源/漏区、沟道区、栅介质层、栅电极；所述沟道区为所述绝缘介质层上一垂直于所述硅衬底的硅墙；所述沟道区左右两侧对称地依次纵向排列所述栅介质层、栅电极；分布在所述沟道区左右两侧的栅电极相互自对准且电分离。其不足之处是: 该双栅MOS晶体管本质上并没有降低器件工作时的亚阈值斜率从而提高器件速度和降低静态功耗，而是通过应用动态和多阈值电压控制，对主栅和辅栅分别使用不同的偏置电压，且辅栅电压需根据电路处于工作状态还是闲置状态进行调整，因此需要对主栅和辅栅进行介质层分隔的工艺处理，这大大增加了该器件结构的复杂性，从而增加了器件的工艺成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种低泄漏电流，高栅控能力，获得更低亚阈值斜率，有效抑制漏致势垒降低效应，从而改善器件在尺寸缩小过程中的性能恶化状况，提高器件综合性能的环栅纳米线隧穿场效应器件。本发明的另一目的是提供一种双材料栅纳米线隧穿场效应器件的制造方法。

本发明的技术解决方案是所述双材料栅纳米线隧穿场效应器件，包括源区、沟道、漏区和栅电极，其特殊之处在于：所述器件中心为沟道，沟道两端分别设有源区、漏区，沟道外围依序覆设氧化物和栅电极。

作为优选：所述栅电极由两种功函数不同的金属材料组成；临近源区栅电极的功函数为4.0eV，临近漏区栅电极的功函数为4.4eV；接近所述源区的栅电极材料功函数小于接近所述漏区的栅电极材料功函数。

作为优选：所述源区、漏区掺杂类型相反，均为减少寄生效应的重掺杂。

作为优选：所述沟道两端为不同材料的源区和漏区；所述沟道为低掺杂。 

作为优选：所述沟道两端为相同材料的源区和漏区；其中：源区p型重掺杂硅材料，漏区n型掺杂硅材料，沟道n型轻掺杂硅材料。 

作为优选：所述氧化物为氧化硅。 

作为优选：在开态下，靠近源区端的栅电极功函数屏蔽了靠近漏区端的较大栅电极功函数对沟道导带和源区价带的能带重叠的影响，从而不影响隧穿概率和开态电流特性；在关态下，靠近漏区的较大栅电极功函数使得沟道能带向上弯曲形成一势垒，所述势垒减慢了关态非直接隧穿载流子流向漏区的平均速率，当靠近源端栅电极功函数4.0～4.6eV，靠近漏端栅电极功函数比源端栅电极功函数大0.4～0.6eV时，可同时避免漏区产生直接隧穿电流。 

作为优选：所述源区的掺杂材料为硼重掺杂、掺杂浓度为1×10¹⁹～2×10²⁰cm^-3。

所述沟道的掺杂材料为N型或P型轻掺杂、掺杂浓度为1×10¹⁴～1×10¹⁷cm^-3；或者沟道不掺杂；

所述漏区的掺杂材料为磷或砷重掺杂、掺杂浓度为1×10¹⁸～1×10²⁰cm^-3；

所述栅氧化层的材料选用二氧化硅或high-K材料；

所述栅氧化层的厚度为1.2nm～2nm；

在总栅长为定值时，靠近源区端栅长占全部栅长30%～50%；

靠近源端栅电极功函数4.0～4.4eV，靠近漏区端栅电极功函数比前者大0.4～0.6eV。

本发明的另一技术解决方案是所述双材料栅纳米线隧穿场效应器件的制造方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴在硅圆片上用圆形氮化硅硬掩模，SF6刻蚀出硅柱；