[发明专利]带有源应变源的GeSnn沟道隧穿场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种带有源应变源的GeSn n沟道 TFET(Tunneling Field-Effect Transistor：隧穿场效应晶体管)。

背景技术

随着集成电路的进一步发展，芯片特征尺寸的进一步缩小，单个芯片上集成的器件数目的增多，功耗越来越成为人们所关注的问题。根据ITRS数据显示，当特征尺寸缩小到32nm节点时，功耗会是预计趋势的8倍，即随着特征尺寸的逐步缩小，传统的MOS器件就功耗方面将不能满足需求（Nature,vol479, 329-337,2011）。另外，MOSFET尺寸的减小面临着室温下亚阈值斜率最小为60mv/decade的限制。基于隧穿效应的隧穿场效应晶体管与MOSFET相比没有亚阈值斜率最小为60mv/decade的限制，并且可以有效的降低功耗。如何增大隧穿几率、增大隧穿电流成为TFET研究的重点。理论和实验已经显示直接隧穿比间接隧穿具有更大的隧穿几率，进而产生更大的隧穿电流（Journal of applied physics 113,194507,2013）。

  理论证实，当Sn的组分达到6.5%~11%时，弛豫的GeSn材料会转变为直接带隙（Journal of Applied Physics113,073707,2013）。此时则会在源与沟道之间形成直接隧穿，有效的增大隧穿几率，增大隧穿电流，提高器件的性能。但是，Sn组分的增加会使整个材料的质量以及热稳定性变差，只是通过增加Sn的组分得到直接带隙的GeSn是困难的。理论计算显示，GeSn中引入双轴张应变有利于材料向直接带隙的转变（Appl.Phys.Lett.,vol.98,no.1,pp.011111-1-011111-3,2011）。

发明内容

本发明的目的是提出一种带有源应变源的GeSn n沟道隧穿场效应晶体管（TFET）的结构。其中源极、 n沟道的材料相同，同为单晶GeSn，通式为Ge_1-xSn_x（0≤x≤0.25），源应变源的晶格常数比沟道GeSn的晶格常数大，形成沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道的平面内形成双轴张应变。这种应变状态有利于GeSn材料向直接带隙转变，发生直接隧穿，增大隧穿电流，提高器件性能。

本发明用以实现上述目的的技术方案如下：

本发明所提出的金属氧化物半导体场效应晶体管具有一GeSn n沟道、一源极、一漏极、一源应变源、一绝缘介电质薄膜、一栅电极。其中，源极和 n沟道为单晶GeSn材料，绝缘介电质薄膜位于 n沟道上，栅电极覆盖在绝缘介电质薄膜上，源极应变源生长在源极上。其关键是，源应变源GeSn晶格常数比 n沟道GeSn的晶格常数大，从而产生沿沟道方向的单轴压应变，沿垂直沟道方向的平面内的双轴张应变。该应变有利于沟道GeSn转变为直接带隙，发生直接隧穿，增大隧穿电流。

本发明的优点分析如下：

 由于本发明的源极、n沟道、应变源材料为单晶GeSn，通过改变GeSn中Sn的组分，使得源应变源的晶格常数比源、沟道区域的材料的晶格常数大，从而形成对沟道区的应变，在yz平面内为双轴张应变，在x方向为单轴压应变，这种应变有利于沟道GeSn向直接带隙转变，发生直接隧穿，增大隧穿电流，提高器件性能。

附图说明

图1 为GeSn n沟道TFET的立体模式图。

图2 为GeSn n沟道TFET的XY面剖面图。

图3为GeSn n沟道TFET制造的第一步。

图4为GeSn n沟道TFET制造的第二步。

图5为GeSn n沟道TFET制造的第三步。

图6为GeSn n沟道TFET制造的第四步。

具体实施方式

为了帮助本领域技术人员更为清晰地了解本发明的技术实质，以下结合附图和实施例详细说明本发明的结构和工艺实现：

参见图1和图2所示的带有源应变源的GeSn n沟道隧穿场效应晶体管，其包括：

一n沟道103，材料为单晶GeSn，通式为Ge_1-xSn_x（0≤x≤0.25），如可采用Ge_0.95Sn_0.05；

一绝缘介电质薄膜105，生长在沟道上，如采用H-k（高k值）材料二氧化铪H_fO₂；

一栅电极104，覆盖在所述绝缘介电质薄膜上；