[发明专利]隧穿场效应晶体管

说明书

技术领域

本申请涉及半导体器件领域，尤其涉及一种隧穿场效应晶体管。

背景技术

随着集成电路的发展，功耗问题逐渐成为一个重要的性能指标。场效应晶体管是集成电路的基本组成单元，发展性能优良且低功耗的场效应晶体管成为追逐的目标。在场效应晶体管的制作中引入双栅和三栅等结构，以及高k和应力硅等工艺以后，场效应晶体管的性能得到了明显的提升。但是，现有场效应晶体管受漂移扩散机制限制，亚阈值斜率不能低于ln10·kTq，使得同样特性下电源电压随沟道长度的缩小遇到了很大的困难，基于PN结遂穿机制的遂穿场效应晶体管以其低功耗、低亚阈值斜率等优点引起了广泛的关注，成为突破这项限制的主要解决方案。

传统的隧穿场效应晶体管在源端、漏端分别形成P区(空穴掺杂)和N区(电子掺杂)，中间沟道使用本征材料。在驱动电压下空穴可以从P区隧穿到N区，形成隧穿电流。由于其利用隧穿效应产生电流，导致其开态电流比传统热发射机制场效应晶体管要小。

发明内容

本申请提供一种隧穿场效应晶体管，包括栅电极层、栅介质层、源区、连通区和漏区；

源区包括第一源区和第二源区，第一源区和第二源区在第一方向上接触；第二源区包括内层源区和外层源区，外层源区在与第一方向垂直的第二方向上覆盖内层源区；

连通区包括扩展区和高阻区，扩展区在第二方向上覆盖高阻区；

源区在第一方向上与连通区接触，连通区在第一方向上与漏区接触，且第二源区与连通区在第一方向上接触；栅电极层通过栅介质层在第二方向上覆盖外层源区，栅介质层在第二方向上覆盖外层源区、扩展区和漏区；

内层源区和外层源区的材料掺杂类型不同，内层源区材料的禁带宽度小于外层源区材料的禁带宽度；

外层源区、扩展区和漏区材料的掺杂类型相同；

外层源区覆盖内层源区所形成的接触面为曲面。

本申请的有益效果是：通过将隧穿场效应晶体管的外层源区与内层源区的接触面形成曲面结构，增大了外层源区与内层源区的接触面积，增加了载流子通过接触面隧穿的几率，因此增大了开态电流，具有良好的电流驱动能力。

附图说明

图1为平行结构双栅隧穿场效应晶体管沿第一方向的剖面图；

图2为平行结构双栅隧穿场效应晶体管的立体图；

图3为实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的转移输出特性图；

图4为实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的电流输出特性；

图5为实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的开态电流和电流开关比；

图6为栅过覆盖程度对实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的阈值电压的影响；

图7为源漏电压对实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的阈值电压的影响；

图8为本实施例中平行结构双栅隧穿场效应晶体管的亚阈值特性受栅长的影响；

图9为垂直结构双栅隧穿场效应晶体管沿第一方向的剖面图；

图10为垂直结构双栅隧穿场效应晶体管立体图；

图11为三栅隧穿场效应晶体管立体图；

图12为三栅隧穿场效应晶体管沿第二方向的第二源区剖面图；

图13为三栅隧穿场效应晶体管沿第二方向的连通区剖面图；

图14为三栅隧穿场效应晶体管沿第一方向的剖面图；

图15为环形隧穿场效应管立体图；

图16为环形隧穿场效应管沿第一方向的剖面图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。

本申请中用到的术语定义：

等效厚度：在采用高介电常数值的材料替代常用的二氧化硅作为栅介质时，一定厚度的高介电值材料和纯二氧化硅材料达到相同的栅电容时纯二氧化硅的厚度，称之为等效厚度。

在本申请中所用到的方向包括：第一方向、第二方向和第三方向，其关系为，第一方向为沿晶体管的沟道方向；第二方向与第一方向垂直；第三方向与第一方向和第二方向所形成的平面垂直。

在本申请实施例中，提供一种隧穿场效应晶体管，包括栅电极层、栅介质层、源区、连通区和漏区；

源区包括第一源区和第二源区，第一源区和第二源区在第一方向上接触，第二源区包括内层源区和外层源区，外层源区在与第一方向垂直的第二方向上覆盖内层源区，外层源区覆盖内层源区所形成的接触面为曲面；

连通区包括扩展区和高阻区，扩展区在第二方向上覆盖高阻区；

源区与连通区在第一方向上接触，连通区与漏区在第一方向上接触。