[发明专利]一种半导体场效应正反馈器件

说明书

本发明属于半导体场效应管技术领域，具体为一种的半导体场效应正反馈馈器件。本发明器件建立在绝缘层上硅的衬底上，器件的阴极和阳极为反型重掺杂，即一方为p+型而另一方为n+型掺杂，而沟道为不掺杂或者低掺杂。临近沟道的是被栅极侧墙所覆盖的低掺杂区域。与一般的场效应正反馈器件相比，如Z²‑FET，本发明提出的器件结构具有对称性，可使用完全自对准的工艺，与MOSFET的工艺完全兼容。此器件不但保留了场效应正反馈器件的低亚阈摆幅和栅控回滞输出特性，可广泛应用于开关，存储器和静电保护等，而且工艺成本更低，工艺难度更小。

技术领域

本发明属于半导体场效应管技术领域，具体涉及一种的半导体场效应正反馈晶体管。

背景技术

Z²-FET是一种基于场效应正反馈机制的新型半导体器件。它由申请人于2011年提出[1,2]。不同于普通的MOSFET，其工作原理基于新颖的场效应正反馈机制，因此具有独特的电学特性。其亚阈摆幅远远低于普通MOSFET的物理极限值，这使得它在低电压和低功耗集成电路中具有巨大的应用潜力[3]。此外，Z²-FET的输出特性显示出极大的回滞效应。我们将此特性应用于挥发性存储器，得到了远优于普通存储器的性能 [4]。 此外，由于其开关速度快，开关电压可控和开态电流高等优点，欧洲半导体工业巨头意法半导体公司将其应用于芯片内部的静电放电保护 [5]。

然而，Z²-FET还存在着一些关键问题须待完善。Z²-FET的器件结构具有不对称性。它需要一段没有栅极覆盖的沟道区域。普通的MOSFET由于结构和掺杂都具有对称性，可用自对准的工艺形成源漏，工艺简单且无光刻的对准误差。而Z²-FET因其非对称结构，必须使用非自对准的形式和额外的光刻形成无栅极覆盖的沟道区域。这使得工艺更加复杂，且光刻的对准误差会对器件性能造成负面影响。

发明内容

本发明的目的在于针对Z²-FET的上述缺陷，提出一种全新的半导体场效应正反馈器件，以克服Z²-FET的上述缺陷。

本发明提出的半导体场效应正反馈器件，具有对称的结构；借助于栅极侧墙和倾斜离子注入的掩蔽效应，器件的制备可基于完全自对准的工艺，无须额外的光刻版和光刻套准步骤，与普通MOSFET的工艺完全兼容。因而，相比与Z²-FET，此器件的制备可大大降低工艺成本和工艺难度并且彻底避免光刻对准误差的影响。另一方面，此器件基于同样的场效应正反馈原理，具有类似于Z²-FET的优异电学特性，可广泛应用于低亚阈摆幅开关，存储器，静电保护和传感器等领域。

不同于普通的Z²-FET，本发明提出的新型器件基于MOSFET的对称结构，充分利用了MOSFET中通用的栅极侧墙和低源漏掺杂等工艺步骤，与MOSFET工艺完全兼容。唯一不同之处在于源漏的掺杂为反型，因此需要以栅极为掩蔽，进行自对准的倾斜离子注入。

在本发明中，半导体场效应正反馈器件特殊的能带结构（电子和空穴注入势垒）由正栅极和临近沟道的低掺杂区域形成。以图1所示的实施例说明，正栅极上施加一负电压将在沟道中形成空穴势垒从而控制阳极空穴的注入。而沟道右边的p型掺杂区域将会形成电子的势垒从而控制阴极电子的注入。

本发明提出的半导体场效应正反馈器件（晶体管），其结构如图1所示，由以下几个部分组成：

不掺杂或是弱掺杂的衬底1；

位于衬底1上的绝缘埋层2；

位于绝缘埋层2上的沟道区3、沟道区3两侧第一低掺杂区域6、第二低掺杂区域7，以及重掺杂的阴极区域10和反型重掺杂的阳极区域11；

覆盖沟道3的栅氧化层4，以及栅氧化层4上的栅极5；

栅极两侧的第一侧墙8和第二侧墙9；