[发明专利]一种性能可调的晶体管器件结构

说明书

本发明公开了一种性能可调的晶体管器件结构，包括至少覆盖于晶体管器件的沟道上方的压电材料层，压电材料层上连接有上电极和下电极，并一起构成压电器件，下电极同时作为晶体管器件的栅电极；通过对上电极和下电极施加与压电材料层极化方向一致的电压，对压电材料层产生拉伸的形变，从而对沟道晶格起到拉伸作用，以提高电子的迁移率；或者，通过对上电极和下电极施加与压电材料层极化方向相反的电压，对压电材料层产生压缩的形变，从而对沟道晶格起到压缩作用，以提高空穴的迁移率。本发明能够灵活地实现对NMOS器件和PMOS器件的电子/空穴调节效果，并可以根据需求，灵活地调节施加的应力大小，从而提升芯片性能。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路技术领域，更具体地，涉及一种性能可调的晶体管器件结构。

背景技术

传统CMOS器件可以通过对沟道施加各种应力，来改变其晶格常数，并因此提高其迁移率，以提升性能。然而，该应力调节模式是一次性且固定的，无法成为可调模式。并且，该应力调节模式需要对NMOS器件和PMOS器件分别使用不同的应力模式，即分别使用张应力和压应力来调节电子和空穴的迁移率，以提高NMOS器件和PMOS器件的性能，因此该工艺复杂性较高。

某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象；同时，在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。

请参考图1，图1是常规压电敏感元件受力变形的几种基本形式示意图。如图1a-图1e所示，其例举了诸如厚度、长度、体积变形型，以及厚度切变型和平面切变型等几种基本形式。常规压电敏感元件在受力变形后将产生压电效应，其压力方向和电荷产生面有着多种对应关系。

而反压电效应即当施加电压时，会在压电材料上产生形变。请参考图2，图2是压电材料在电场作用下发生形变时的示意图。如图2所示，其显示压电材料的形变与施加电压之间的关系。其中，图2a显示当压电材料未通电时，其将保持正常状态，不会产生形变；图2b和图2c显示当在压电材料两端分别施加正反方向电压时，压电材料受到不同方向的电场作用，将产生拉伸或压缩形变。

一般而言，常规压电材料的形变方向与施加电场的方向平行，且该方向上形变量较明显，常用于超声/扬声器等声学传感器。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种性能可调的晶体管器件结构。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种性能可调的晶体管器件结构，包括至少覆盖于晶体管器件的沟道上方的压电材料层，所述压电材料层上连接有上电极和下电极，并一起构成压电器件，所述下电极同时作为所述晶体管器件的栅电极；

其中，通过对所述上电极和下电极施加与所述压电材料层极化方向一致的电压，对所述压电材料层产生拉伸的形变，从而对沟道晶格起到拉伸作用，以提高电子的迁移率；或者，通过对所述上电极和下电极施加与所述压电材料层极化方向相反的电压，对所述压电材料层产生压缩的形变，从而对沟道晶格起到压缩作用，以提高空穴的迁移率。

进一步地，所述晶体管器件为平面、双栅、三栅或围栅结构，所述压电材料层设于所述平面、双栅、三栅或围栅结构的顶部、底部和/或四周，并通过位于所述压电材料层两侧的上电极和下电极进行引出，实现从顶部、底部和/或四周对沟道的应力调节。

进一步地，所述晶体管器件为FinFET器件，所述压电材料层至少沿所述FinFET器件的鳍部覆盖于所述栅电极上，所述栅电极连接在所述压电材料层位于所述鳍部侧面的下端，所述上电极连接在所述压电材料层的顶面上。

进一步地，所述压电材料层与所述栅电极之间填充有第一介质层。

进一步地，所述上电极沿所述鳍部的侧面连接至位于所述鳍部下方的衬底上。