[发明专利]一种嵌入式沟道的可重构场效应晶体管

说明书

本发明公开了一种嵌入式沟道的可重构场效应晶体管，包括水平排列的鳍式沟道、水平或垂直排列的纳米片沟道或水平或垂直排列的纳米线沟道，包裹沟道的栅极氧化物，在栅极氧化物外侧的关于器件中线对称的控制栅极和极性栅极，在控制栅极与极性栅极的之间、包裹栅极氧化物的栅极隔离层，在控制栅极左侧、包裹沟道的源边墙，在极性栅极右侧、包裹沟道的漏边墙，在边墙两侧的、每条沟道两端伸入其中约1/14沟道长度的源、漏，以及在器件底部的衬底。本发明与普通非嵌入式沟道的可重构场效应晶体管相比，向源内部延伸的沟道增加了源与沟道的接触面积，开态电流提升。在关断时，关态电流基本保持不变，故有更为理想的电流开关比和逻辑响应速度。

技术领域

本发明属于半导体器件中的场效应晶体管领域，具体涉及一种嵌入式沟道的可重构场效应晶体管。

背景技术

半导体技术的发展依赖着器件尺寸的不断缩小。随着工艺节点的演进，传统平面器件的短沟道效应和泄漏电流越来越不可忽视，摩尔定律的演变也受制于经济成本和制造工艺技术。在此情况下许多新型器件结构被相继提出。其中鳍式场效应晶体管（Fin Field-Effect Transistor）、纳米片环栅场效应晶体管（Nanosheet Gate-All-Around Field-Effect Transistor）与纳米线环栅场效应晶体管（Nanowire Gate-All-Around Field-Effect Transistor）由于具备出色的栅控能力，成为7纳米及以下极具吸引力的结构之一。采用鳍式沟道、垂直排列纳米片或纳米线沟道的器件在更小的面积上可获得更大的饱和电流且具有良好的栅控能力，以期满足面积、功耗与性能的需求。

同时，可重构场效应晶体管（Reconfigurable field effect transistor，RFET）能够以更低的晶体管数目实现复杂的逻辑电路或者在保持电路结构不变的情况下实现多种逻辑，因而被器件研究者们寄予厚望。该器件沟道的极性可在N型与P型间变换，极性栅极的正偏压或负偏压决定可通过沟道的载流子是电子或空穴，控制栅极则控制源端肖特基结的隧穿，器件由此实现导通与关断，与现有基于CMOS的电路相比更具功能多样性。然而，隧穿机制的存在限制了器件的开态电流密度，使可重构晶体管的应用场合较为局限。

发明内容

本发明针对现有的可重构场效应晶体管开态电流较小的问题，提出的一种嵌入式沟道的可重构场效应晶体管，通过增加源与沟道的接触面积，增加载流子隧穿面积，提升隧穿强度，从而提高器件开态电流，同时关态电流基本保持不变，因而器件的电流开关比得到改善，减小集成电路逻辑响应时间。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种嵌入式沟道的可重构场效应晶体管，特点是它包括：

数条水平或垂直排列的沟道；

设于数条沟道一端的、每条沟道伸入其中约1/14沟道长度的源；

设于数条沟道另一端的、每条沟道伸入其中约1/14沟道长度的漏；

包裹在各沟道外的侧栅极氧化物；

对称设置且包裹在栅极氧化物外侧的控制栅极和极性栅极；

包裹在栅极氧化物外侧、在控制栅极与极性栅极之间的栅极隔离；

设置于控制栅极和源之间的、包裹沟道的源边墙；

设置于极性栅极和漏之间的、包裹沟道的漏边墙；

设于上述结构底部的衬底。

所述沟道为鳍式硅、鳍式锗、鳍式锗硅、鳍式砷化镓、鳍式氧化锌、硅纳米片、锗纳米片、锗硅纳米片、砷化镓纳米片、氧化锌纳米片、硅纳米线、锗纳米线、锗硅纳米线、砷化镓纳米线或氧化锌纳米线；

所述源和漏材料为钛硅化物、镍硅化物、钴硅化物、氮化钛和氮化钽中的一种或几种组合；

所述栅极氧化物材料为二氧化硅或二氧化铪；

所述控制栅极和极性栅极为光刻、刻蚀后形成的铝、铜、多晶硅或氮化钛；