[发明专利]场效应管和半导体器件

说明书

本发明提供了一种场效应管和半导体器件，所述场效应管包括：一半导体环柱，其包括中空的环柱形沟道以及位于所述环柱形沟道两端的源极和漏极，且所述源极所在的半导体环柱一端和/或所述漏极所在的半导体环柱一端沿所述半导体环柱的轴线穿通；第一栅极，形成于所述环柱形沟道内，并与所述半导体环柱相互绝缘隔离，所述第一栅极通过穿通的所述半导体环柱一端向外引出；以及，第二栅极，环绕在所述环柱形沟道的外侧，并与所述半导体环柱相互绝缘隔离。本发明提供的技术方案实现了对环柱形沟道内的电场的双重控制，使得在场效应管的尺寸缩小的同时，还能提高场效应管的栅控能力和载流子浓度、减小短沟道效应，进而提升半导体器件的性能。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种场效应管和半导体器件。

背景技术

场效应管(Field Effect Transistor，FET)是一种电压控制型半导体器件，按照摩尔定律，场效应管的尺寸在不断地缩小，到了40nm工艺节点后，平面CMOS器件出现了栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，不能满足产业要求，此时，研发的三维器件鳍式场效应管(FinFET)通过三面栅控提高了栅控能力，减小了短沟道效应。而当半导体发展到7nm工艺节点后，沟道长度缩短到20nm以下，半导体材料输运的量子效应逐渐凸显，势必需要寻找其他途径来改善和消除量子效应带来的不利影响，此时，研发的纳米线场效应管采用围栅包围的方式，最大限度地提高了器件的栅控能力，改善了亚阈值特性。所以，从平面CMOS器件到三维FinFET器件，场效应管的尺寸不断缩小，功耗面积比大大减小，器件性能大大提高，但同时也伴随出现了栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，对器件的性能也产生很大的影响。

因此，为了解决伴随场效应管的尺寸的缩小而出现的栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，需要一种新的场效应管和半导体器件。

发明内容

本发明的目的在于提供一种场效应管和半导体器件，使得在场效应管的尺寸缩小的同时，还能提高场效应管的栅控能力和载流子浓度、减小短沟道效应，进而提升半导体器件的性能。

为实现上述目的，本发明提供了一种场效应管，包括：

一半导体环柱，所述半导体环柱包括中空的环柱形沟道以及位于所述环柱形沟道两端的源极和漏极，且所述源极所在的半导体环柱一端和/或所述漏极所在的半导体环柱一端沿所述半导体环柱的轴线穿通；

第一栅极，形成于所述环柱形沟道内，并与所述半导体环柱相互绝缘隔离，所述第一栅极通过穿通的所述半导体环柱一端向外引出；以及，

第二栅极，环绕在所述环柱形沟道的外侧，并与所述半导体环柱相互绝缘隔离。

可选的，当所述源极所在的半导体环柱一端和所述漏极所在的半导体环柱一端均沿所述半导体环柱的轴线穿通时，所述第一栅极能够从穿通的所述半导体环柱的两端向外引出。

可选的，所述第一栅极和所述第二栅极在所述半导体环柱以外的区域电性连接在一起，以接收同步栅控信号；或者，所述第一栅极和所述第二栅极相互独立，以接收不同的栅控信号。

可选的，所述第一栅极和所述环柱形沟道之间以及所述第二栅极和所述环柱形沟道之间通过第一介电质层和栅氧层相互绝缘隔离；所述第一栅极分别与所述源极和所述漏极之间通过第二介电质层相互绝缘隔离。

可选的，所述第一栅极和所述第二栅极的材质包括金属、金属氮化物以及多晶硅中的至少一种；所述第一介电质层的材质具有高介电常数；所述第二介电质层的材质具有低介电常数。

可选的，所述源极和所述漏极的外侧壁上还包覆有第三介电质层，所述第三介电质层包括硅氧化物层和/或具有低介电常数的介电材料层。

可选的，所述第一介电质层的相对介电常数为14～25；所述第二介电质层的相对介电常数为2～5。