[发明专利]高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管

说明书

技术领域

 本发明属于超大规模集成电路制造领域，具体涉及一种适用于超高集成度集成电路制造的具有高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管结构。

背景技术

集成电路的基本组成单元MOSFETs晶体管的尺寸逐年减小。随着尺寸进入深纳米级，需要在几个纳米的距离内实现多个数量级的浓度差来形成极陡的源极和漏极PN结，这样的浓度梯度对于掺杂和热处理工艺有极高的要求。通过在SOI晶圆上制成的无结的场效应晶体管可有效解决上述问题, 无结晶体管采用多子导通，器件的源区、漏区和沟道区域具有相同的掺杂浓度，利用将硅薄膜做得足够薄的特点，以N型器件为例，当栅极处于反向偏压时，由于硅薄膜很薄，沟道区域的电子在栅电场的作用下很容易被耗尽，从而实现器件的阻断状态。随着栅极偏压的增大，沟道区域的多子耗尽解除，并在界面处形成电子积累以实现器件的开启。

然而，无论是传统的有结型晶体管还是无结晶体管，当栅电极处于反向偏压时，正偏的漏电极和反偏的栅电极之间所形成的高电势差使得临近两个电极的硅薄膜区域附近形成强电场，这会导致沟道局部能带的显著弯曲，进而导致泄漏电流的产生。

同时，为使无结晶体管的沟道迁移率不至于过低，无结晶体管的掺杂浓度不能设置过高，这就使得无结晶体管的源、漏电阻对比于普通有结晶体管要大，通过缩短源、漏电极与和栅电极之间的距离可以有效减小无结晶体管的源、漏电阻，但这会严重导致临近漏电极附近区域能带弯曲的进一步增强，从而会引发更多的反向泄漏电流的产生。

因此在无结晶体管的设计上，存在着漏极电阻和反向泄漏电流之间的矛盾，一方面，若单纯通过延长栅电极和漏电极之间的距离可以降低反向泄漏电流，但同时漏极电阻会显著增加，同时，所延长的区域占用了更多的芯片面积，因此不利于集成度的提高；另一方面，若单纯通过减小栅电极和漏电极之间的距离可以使漏极电阻明显减小，但同时反向泄漏电流又会明显增加。

发明内容

发明目的

为在不占用额外芯片面积和不增加漏极寄生电阻的前提下降低无结晶体管的反偏泄漏电流，本发明提供一种具有高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管结构。

技术方案

本发明是通过以下技术方案来实现的：

一种具有高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管，包括SOI晶圆的硅衬底，SOI晶圆的硅衬底上方为SOI晶圆的绝缘层，SOI晶圆的绝缘层上方为单晶硅凹槽，相邻的单晶硅凹槽之间通过绝缘介质层隔离，单晶硅凹槽的凹槽内壁表面为栅极绝缘层，栅极绝缘层上方形成L形栅电极，单晶硅凹槽所形成的源极的一端的上表面为源电极，单晶硅凹槽所形成的漏极一端的上表面为漏电极的一部分，漏电极的另一部分附着在单晶硅凹槽在该端侧壁上所附着的栅极绝缘层上，L形栅电极、源电极和漏电极之间彼此通过绝缘介质层隔离。L形栅电极呈大写英文字母L形，嵌入于单晶硅凹槽内的栅极绝缘层的上方。栅极绝缘层是二氧化铪、四氮化三硅、三氧化二铝或者二氧化硅层。

优点及效果

本发明具有如下优点及有益效果：

1. 低反向泄漏电流和低静态功耗。

本发明利用漏电极辅助L形栅对沟道进行控制，可有效减小当栅电极电压反偏，漏电极电压正偏时沟道临近漏电极一端的能带弯曲程度，进而避免由于能带弯曲程度过大所导致的能带间产生过大的隧穿电流，即显著降低普通有结和无结晶体管栅极致漏极泄漏电流过大的问题，因此本发明所提出的高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管对比于普通有结和无结晶体管，具有低反向泄漏电流的效果和低静态功耗的优点。

2. 低漏极寄生电阻。

本发明所提出的高性能高集成度漏电极辅控L形栅型无结晶体管，其漏电极除附着于单晶硅凹槽所形成漏极一端的上表面以外，还附着于临近该端的栅极绝缘层表面，当器件工作时，处于正偏的漏电极使单晶硅凹槽临近漏电极一侧的区域因形成电子积累而增加该区域导电能力，因此，漏电极对单晶硅凹槽所形成的器件的漏区的这种辅助控制作用可用于降低漏极寄生电阻。

3. 高集成度

本发明利用漏电极辅助L形栅电极对单晶硅凹槽进行共同控制，在保证具有低泄漏电流、低漏极寄生电阻等优点的同时，由于单晶硅凹槽两端的垂直沟道位于源电极和漏电极的正下方，对比于普通有结和无结晶体管，不需额外占用更多的芯片面积，且有效增加了器件的沟道长度，有利于克服沟道缩短至深纳米尺度下所带来的的器件开关特性下降的问题，因此适合作为深纳米级集成电路设计的基本单元。

附图说明