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

文档序号:9419107阅读:802来源:国知局
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
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