CN106783967A - 一种硅基遂穿场效应晶体管结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其包括：一半绝缘硅衬底片，一N型掺杂的硅半导体层，一P型掺杂的硅锗半导体层，一氧化硅绝缘层，一位于N型掺杂的硅半导体层和P型硅锗层之间的栅介质层，一钨硅合金栅金属电极，一在N型掺杂的硅半导体层上形成的漏端金属电极，一在P型掺杂的硅锗半导体层上形成的源端金属电极。
Description
技术领域
本发明总体涉及半导体器件，更具体地，涉及硅基遂穿场效应晶体管的器件结构
背景技术
基于硅基CMOS技术的现代集成电路随着CMOS器件的特征尺寸的不断缩小，在集成度、功耗和器件特性方面不断进步。在CMOS技术节点进入10纳米以后，面临着工艺与物理特性两方面的挑战。利用PN结遂穿效应研制的遂穿场效应晶体管(TFET)，以其低功耗、低亚阈值摆副的特点成为存储器单元应用器件的重要研究方向，但是由于硅基TFET器件的遂穿效率低，开态电流密度比较低。在此背景下，将硅锗或者锗材料用于提高硅基遂穿场效应晶体管特性的研究备受关注，成为提高遂穿场效应晶体管器件性能的重要技术突破方向。
发明内容
本发明的目的在于提出一种硅基异质结沟道的场效应晶体管结构，以提供硅基TFET器件无法达到的最大饱和电流，同时降低工艺难度，提高器件集成度。
一种硅基遂穿场效应晶体管器件结构，其包括如下：
一半绝缘硅衬底片；
一N型掺杂的硅半导体层；
一P型掺杂的硅锗半导体层；
一氧化硅绝缘层；
一位于N型掺杂的硅半导体层和P型硅锗层之间的栅介质层；
一在栅介质层上，依托氧化硅绝缘层，采用侧墙工艺形成的钨硅合金栅金属电极；
一在N型掺杂的硅半导体层上形成的漏端金属电极；
一在P型掺杂的硅锗半导体层上形成的源端金属电极。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于N型掺杂的硅半导体层的厚度为15纳米，掺杂浓度为5×1019cm-3。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于P型掺杂的硅锗半导体层是采用外延的方式形成，硅锗材料为Si0.8Ge0.2，掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为30纳米。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于N型掺杂的硅半导体层和P型掺杂的硅锗半导体层都是采用超高真空化学汽相沉积的方法生长。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于氧化硅绝缘层介质采用PECVD方法形成，采用ICP刻蚀方法刻蚀成型，其厚度为100-300纳米。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于栅介质层采用的是氧化硅和氧化铪的复合介质层，是在氧化硅绝缘层制作陡直侧壁后，采用原子层沉积的方法沉积在硅半导体表面和氧化硅绝缘层侧壁。
根据方案中所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特性在于钨硅栅金属宽度为20-30纳米。
有益效果
通过本方发明的实施，本发明可以通过硅锗与硅半导体能带结构的差异，在源端采用硅锗半导体作为半导体接触材料，以提高价带，使之高于漏端材料的价带，从而实现PN结遂穿势垒和遂穿距离的减少，提高器件电子遂穿效率，提高器件的最大饱和电流；另一方面，通过PN结中间加入本征层，降低器件在零偏压下的泄露电流；从而提高器件的电流开关比。
附图说明：
为了全面理解实施例的优势，参考图如下：
图1：本实施例的器件结构。
具体实施例：
下面详细讨论本发明实施例的制造和使用。本实施例仅仅是说明性的，不能用于限制本发明的范围。
一种硅锗遂穿场效应晶体管器件结构，其包括如下：
一半绝缘硅衬底片(101)；
一N型掺杂的硅半导体层(102)；
一P型掺杂的硅锗半导体层(103)；
一氧化硅绝缘层(104)；
一位于N型掺杂的硅半导体层和P型硅锗层之间的栅介质层(105)；
一在栅介质层上，依托氧化硅绝缘层，采用侧墙工艺形成的钨硅合金栅金属电极(106)；
一在N型掺杂的硅半导体层上形成的漏端金属电极(107)；
一在P型掺杂的硅锗半导体层上形成的源端金属电极(108)。
在本实施例中，N型掺杂的硅半导体层(102)的厚度为15纳米，掺杂浓度为5×1019cm-3。
在本实施例中，P型掺杂的硅锗半导体层(103)是采用外延的方式形成，硅锗材料为Si0.8Ge0.2，掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为30纳米。
在本实施例中，氧化硅绝缘层(104)采用PECVD方法形成，采用ICP刻蚀方法刻蚀成型，其厚度为300纳米。
在本实施例中，钨硅栅金属(106)宽度为30纳米。
在本实施例中，器件的栅长又栅金属的宽度决定，为30纳米。
在本实施例中，栅介质层(105)采用原子层沉积方法沉积，介质材料为SiO2/HfO2。
Claims (5)
1.一种硅基遂穿场效应晶体管器件结构，其包括如下：
一半绝缘硅衬底片；
一N型掺杂的硅半导体层；
一P型掺杂的硅锗半导体层；
一氧化硅绝缘层；
一位于N型掺杂的硅半导体层和P型硅锗层之间的栅介质层；
一在栅介质层上，依托氧化硅绝缘层，采用侧墙工艺形成的钨硅合金栅金属电极；
一在N型掺杂的硅半导体层上形成的漏端金属电极；
一在P型掺杂的硅锗半导体层上形成的源端金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于N型掺杂的硅半导体层的厚度为15纳米。
3.根据权利要求1所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于P型掺杂的硅锗半导体层是采用外延的方式形成，硅锗材料为Si0.8Ge0.2，掺杂浓度为1×1020cm-3，厚度为30纳米。
4.根据权利要求1所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特征在于氧化硅绝缘层介质采用PECVD方法形成，采用ICP刻蚀方法刻蚀成型，其厚度为100-300纳米。
5.根据权利要求1所述的一种硅基遂穿场效应晶体管结构，其特性在于钨硅栅金属宽度为20-30纳米。
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