[发明专利]分裂栅结构的纳米线场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体集成电路用器件，特别涉及一种分裂栅结构的纳米线场效应晶体管。

背景技术

集成电路工业对更高速度、更高集成度、更低功耗的追求推动着半导体技术向前发展，半导体器件的特征尺寸越来越小。由于在纳米尺寸下传统场效应晶体管受到短沟道效应等限制，性能下降。新的器件结构被提出，包括绝缘体上硅、双栅、三栅和纳米线场效应晶体管。其中纳米线场效应晶体管能提供高的电流开关比，同时受短沟道效应和漏致势垒降低效应影响较小。在现有纳米线场效应晶体管的基础上进一步提高电流开关比，改善尺寸缩小性能对制造高速度、低功耗的半导体集成电路有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种分裂栅结构的纳米线场效应晶体管器件。

本发明提供的分裂栅结构的纳米线场效应晶体管，是由分裂栅电极、源区、漏区、沟道区和栅介质层组成；

其中，所述沟道区呈柱状，所述沟道区位于所述纳米线场效应晶体管的中心，构成所述沟道区的材料为半导体材料；所述栅介质层同轴全包围所述沟道区；所述分裂栅电极位于所述栅介质层之外，并同轴全包围所述栅介质层，构成所述分裂栅电极的材料为两种不同的材料；所述源区和漏区分别位于所述沟道区的两侧。

上述纳米线场效应晶体管中，构成所述栅介质层的材料为氧化硅。构成该晶体管分裂栅电极结构的长度和厚度均可调，构成该晶体管分裂栅电极结构的材料可调，分裂的两个栅电极掺杂类型和浓度可调。构成靠近源区的分裂栅电极的材料的功函数高于靠近漏区的分裂栅电极的材料的功函数。所述分裂栅电极的直径为10-50纳米，优选20纳米，厚度为5-20纳米，优选10纳米；优选的，构成所述分裂栅电极的材料为硼掺杂浓度为7×10¹²cm^-3的多晶硅或磷掺杂浓度为5×10¹³cm^-3的多晶硅，所述分裂栅电极的功函数为4.40-4.77伏特，具体可为4.40伏特或4.77伏特。所述源区的厚度为10-50纳米，优选30纳米；所述漏区的厚度为10-50纳米，优选30纳米；所述沟道区的半径为5-25纳米，优选10纳米，长度为20-100纳米，优选30纳米；所述栅介质层的厚度为1.0-3.0纳米，优选1.5纳米。沟道区的掺杂类型和浓度可调，如可为硼掺杂浓度为1×10¹¹cm^-3的硅，源、漏两端的半导体材料、掺杂类型和浓度均可调，如可均为磷掺杂浓度为1×10²⁰m^-3的硅。

本发明提供的分裂栅结构的纳米线场效应晶体管，与传统的纳米线晶体管相比，在相同的沟道材料和掺杂浓度，源漏区材料和掺杂浓度、栅绝缘层材料和厚度，相同的沟道区长度、沟道区半径的条件下，引入分裂栅结构后可以有效的提高器件的开态电流，同时保持较小的关态电流，因而提高器件的电流开关比和工作速度。同时分裂栅结构的引入能使纳米线场效应晶体管受短沟道效应和漏致势垒降低效应引起的阈值电压漂移减小，热载流子效应也得到有效的抑制，改善了器件尺寸缩小的性能。本发明为纳米线场效应晶体管器件性能优化，结构优化指明了一个新的方向，尤其适用于低功耗高速度的集成电路使用。

附图说明

图1为本发明提供的分裂栅结构的纳米线场效应晶体管的截面示意图。

图2为固定晶体管其他参数分裂栅结构对晶体管沟道区电场分布的影响。

图3为固定晶体管其他参数分裂栅结构对晶体管开态电流的影响。

图4为固定晶体管其他参数分裂栅结构对晶体管关态电流的影响。

图5为固定晶体管其他参数分裂栅结构对晶体管沟道区电势分布的影响。

图6为固定晶体管其他参数改变分裂栅结构两部分栅材料的长度对晶体管在不同沟道长度下的漏致势垒降低效应比较。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1、分裂栅结构的纳米线场效应晶体管及其性能检测

该分裂栅结构的纳米线场效应晶体管的结构示意图如图1所示，该晶体管由分裂栅电极1和2、源区3、漏区4、沟道区5和栅介质层6组成；其中，沟道区5呈柱状，位于该纳米线场效应晶体管的中心；栅介质层6同轴全包围沟道区5；分裂栅电极1和2位于栅介质层6之外并同轴全包围沟道区5，构成分裂栅电极1和2的材料为两种不同的材料；分裂栅电极1和2外接相同的电偏置；源区3和漏区4分别位于沟道区5的两侧。