基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微电子器件技术领域，特别涉及一种II型异质结隧穿场效应晶体管，可用于大规模集成电路。
【背景技术】
[0002]随着集成电路的发展，芯片特征尺寸不断缩小，单个芯片上集成度随之提高，由此带来的功耗问题也愈发严重。据ITRS数据显示，特征尺寸缩小到32nm节点时，功耗会是预计趋势的8倍，即随着特征尺寸的逐步缩小，传统MOS器件就功耗方面将不能满足性能需求。除此之外，MOSFET尺寸的减小面临室温下亚阈摆幅最小为60mv/decade的限制。基于量子隧穿效应的隧穿场效应晶体管TFET与MOSFET相比，不受该亚阈摆幅的限制，并且可以有效的降低功耗。对于TFET来说，如何增大隧穿几率和隧穿电流成为TFET的研究重点。理论和实验已经证明II型异质结TFET与同质结TFET相比，具有更高的隧穿电流及器件性會K。
[0003]II1-V族材料具有较高的电子迀移率，且材料种类丰富，容易实现异质结，现已成功制备了许多高性能器件。目前已经得到的利用常见II1-V族材料制成的TFET，由于其无法形成II型异质结，隧穿几率较低，造成导通电流较小，很难达到性能要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于针对上述常见II1-V族材料制备TFET时存在的不足，并结合GaAsN特有的性质，提供一种GaAsN-GaAsSb II型异质结隧穿场效应晶体管TFET及其制备方法，以降低隧穿势皇，增大隧穿电流，提高器件的整体性能。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]近期研究表明，在常见II1-V族材料中引入N组分，可以有效改善材料性质，并形成II型异质结，从而降低势皇，提升隧穿几率，增加导通电流，提升器件性能。实验数据证实，GaAsSb、GaAsN两种材料能够用于形成II型异质结。根据此原理本发明的基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管，包括:衬底、源极、沟道、漏极、绝缘介质薄膜、栅极，其特征在于:
[0007]所述源极采用通式为GaAs1 XNX的复合材料，其中x为N组分，0<x ^ 0.03 ；
[0008]所述沟道采用通式为GaAs1 ySby的复合材料，其中y为Sb组分，0.35 ^ y ^ 0.65 ；
[0009]所述漏极采用通式为GaAs1 XNX的复合材料，其中x为N组分，0<x ^ 0.03 ；
[0010]所述源极、沟道和漏极，在衬底上依次由下至上竖直分布，且绝缘电介质薄膜与栅电极由内而外环绕覆盖在沟道的四周。
[0011]所述源极与沟道之间形成II型异质隧穿结。
[0012]制作上述基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管，包括如下步骤:
[0013]I)利用分子束外延工艺，在GaAs衬底上生长N组分为O?0.03的GaAsN复合材料，形成源极层；
[0014]2)利用分子束外延工艺，在GaAsN源极层上生长Sb组分为0.35?0.65GaAsSb复合材料，形成沟道层；
[0015]3)利用分子束外延工艺，在GaAsSb沟道层上生长N组分为O?0.03的GaAsN复合材料，形成漏极层；
[0016]4)利用刻蚀工艺，将源极层，沟道层，漏极层四周刻蚀掉，在中间形成源极区、沟道区、漏极区的竖直分布结构；
[0017]5)对源极区、沟道区、漏极区进行离子注入:
[0018]在源极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的Si元素，形成P +掺杂的源极；
[0019]在沟道区中注入能量为20KeV、剂量为115Cm 3的Si元素，形成P掺杂的沟道；
[0020]在漏极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的Te元素，形成N +掺杂漏极；
[0021]6)利用原子层淀积工艺，在240?260°C环境下，在沟道四周环绕依次生成绝缘介质薄膜和栅电极。
[0022]本发明具有如下优点:
[0023]本发明由于在GaAs中引入N组分，改变了 GaAs材料包括能带在内的性质，同时由于源极采用GaAsN复合材料，沟道采用GaAsSb复合材料，使得沟道与源极接触形成II型异质结，能有效的降低隧穿势皇，增大隧穿几率，提高导通电流，进而改善器件性能。
【附图说明】
[0024]图1为本发明基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管的剖面图；
[0025]图2为本发明制作图1场效应晶体管的流程示意图。
【具体实施方式】
[0026]为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0027]参照图1，本发明的基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管包括:衬底1、源极2、沟道3、漏极4，绝缘介质薄膜5和栅电极6。该衬底I采用单晶GaAs材料，该源极2和漏极4采用通式为GaAs1 Λ的复合材料，其中χ为N的组分，0<χ ( 0.03 ;该沟道3采用通式为GaAs1 ySby的复合材料，其中y为Sb的组分，0.35彡y彡0.65。该衬底1、源极2、沟道3、漏极4自下而上竖直分布，且在源极2与沟道3的接触处形成有效的II型隧穿结，该绝缘电介质薄膜5和栅电极6依次环绕在沟道3的外围，即绝缘电介质薄膜5包裹在沟道3的外部，栅电极6包裹在绝缘介电质薄膜5的外部，形成由内而外逐层环绕包裹结构。
[0028]参照图2，本发明制作基于GaAsN-GaAsSb材料的II型异质结隧穿场效应晶体管的方法，给出如下三种实施例。
[0029]实施例1:制作基于Gaa97AsNaQ3-GaQ.35AsSba65材料的II型异质结η沟道隧穿场效应晶体管。
[0030]步骤1:利用分子束外延工艺，在GaAs衬底I上，以固体Ga、As和N作为蒸发源，在温度为700°C，压强为10 4pa条件下，生长N组分为0.03的GaAsN复合材料，形成源极层，如图2a ;
[0031]步骤2:利用分子束外延工艺，在源极层上，以固体Ga、As和Sb作为蒸发源，在温度为700°C，压强为10 4pa条件下，生长Sb组分为0.65的GaAsSb复合材料，形成沟道层，如图2b ；
[0032]步骤3:利用分子束外延工艺，在沟道层上，以固体Ga、As和N作为蒸发源，在温度为700°C，压强为10 4pa条件下，生长N组分为0.03的GaAsN复合材料，形成漏极层，如图2c ；
[0033]步骤4:利用刻蚀工艺，采用氯基原子团作为刻蚀剂，在光刻胶的掩蔽作用下，将源极层、沟道层和漏极层四周多余部分刻蚀，在中间形成自下而上的源极区、沟道区和漏极区竖直分布结构，如图2d。
[0034]步骤5:对源极区、沟道区和漏极区进行离子注入:
[0035]在源极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的Si元素，形成p +掺杂的源极2 ;
[0036]在沟道区中注入能量为20KeV、剂量为115Cm 3的Si元素，形成P掺杂的沟道3;
[0037]在漏极区中注入能量为20KeV、剂量为119Cm 3的Te元素，形成η +掺杂漏极4，如图2e ;
[0038]步骤6:利用原子层淀积工艺，在环境温度为240°C的N2、O2氛围下，先在沟道3四周环绕淀积绝缘电介质S12形成绝缘电介质薄膜5 ;再在绝缘电介质薄膜5的四周环绕淀积金属薄膜形成栅电极6，从而实现在沟道3四周环绕依次生成绝缘电介质薄膜5和栅电极6的结构，如图2f，完成器件制作。
[0039]实施例2:制作基于Gaa98AsNaQ2-GaQ.45AsSba55材料