基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管，可用于大規(guī)模集成電路。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路的發(fā)展，芯片特征尺寸不斷縮小，單個(gè)芯片上集成度隨之提高，由此帶來的功耗問題也愈發(fā)嚴(yán)重。據(jù)ITRS數(shù)據(jù)顯示，特征尺寸縮小到32nm節(jié)點(diǎn)時(shí)，功耗會(huì)是預(yù)計(jì)趨勢的8倍，即隨著特征尺寸的逐步縮小，傳統(tǒng)MOS器件就功耗方面將不能滿足性能需求。除此之外，MOSFET尺寸的減小面臨室溫下亞閾擺幅最小為60mv/decade的限制。然而基于量子隧穿效應(yīng)的隧穿場效應(yīng)晶體管TFET與MOSFET相比，不受該亞閾擺幅的限制，并且可以有效的降低功耗。對于TFET來說，如何增大隧穿幾率和隧穿電流成為TFET的研究重點(diǎn)。理論和實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證明交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)TFET比同質(zhì)結(jié)TFET具有更高的隧穿電流和更好的器件性能。
[0003]II1-V族材料具有較高的電子迀移率，且材料種類豐富，容易實(shí)現(xiàn)異質(zhì)結(jié)，現(xiàn)已成功制備了許多高性能器件。目前已經(jīng)得到的利用常見II1-V族材料制成的TFET，由于其無法形成交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)，隧穿幾率較低，造成導(dǎo)通電流較小，很難達(dá)到性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述常見II1-V族材料制備TFET時(shí)存在的不足，并結(jié)合InAsN特有的性質(zhì)，提供一種InAsN-GaAsSb交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管TFET及其制備方法，以降低隧穿勢皇，增大隧穿電流，提高器件的整體性能。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0006]近期研究表明，在常見II1-V族材料中引入N組分，可以有效改善材料性質(zhì)，并形成交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)，從而降低勢皇，提升隧穿幾率，增加導(dǎo)通電流，提升器件性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)，InAsN、GaAsSb兩種材料能夠用于形成交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)。
[0007]根據(jù)此原理本發(fā)明基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管，包括:襯底、源極、溝道、漏極、絕緣介質(zhì)薄膜和柵極，其特征在于:
[0008]源極采用通式為InAs1 Λ的復(fù)合材料，其中χ為N組分，0〈x ^ 0.05 ；
[0009]溝道采用通式為GaAs1 ySby的復(fù)合材料，其中y為Sb組分，0.35 ^ y ^ 0.65 ；
[0010]漏極采用通式為GaAs1 ySby的復(fù)合材料，其中y為Sb組分，0.35彡y彡0.65 ;
[0011]所述源極、溝道和漏極，在襯底上依次由下至上豎直分布，源極InAsN與溝道GaAsSb之間形成交錯(cuò)型異質(zhì)隧穿結(jié)；
[0012]絕緣電介質(zhì)薄膜與柵電極由內(nèi)而外依次環(huán)繞覆蓋在溝道的四周。
[0013]制作上述基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管，包括如下步驟:
[0014]I)利用分子束外延工藝，在InAs襯底上生長N組分為O?0.05的InAsN復(fù)合材料，形成源極層；
[0015]2)利用分子束外延工藝，在InAsN源極層上生長Sb組分為0.35?0.65的GaAsSb復(fù)合材料，形成溝道層；
[0016]3)利用分子束外延工藝，在GaAsSb溝道層上生長Sb組分為0.35?0.65的GaAsSb復(fù)合材料，形成漏極層；
[0017]4)利用刻蝕工藝，將源極層，溝道層，漏極層四周刻蝕掉，在中間形成源極區(qū)、溝道區(qū)、漏極區(qū)的豎直分布結(jié)構(gòu)；
[0018]5)對源極區(qū)、溝道區(qū)、漏極區(qū)進(jìn)行離子注入:
[0019]在源極區(qū)注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的Si元素，形成P +摻雜的源極；
[0020]在溝道區(qū)注入能量為20KeV、劑量為115Cm 3的Si元素，形成P摻雜的溝道；
[0021]在漏極區(qū)注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的Te元素，形成N +摻雜漏極；
[0022]6)利用原子層淀積工藝，在240?260°C環(huán)境下，在溝道四周環(huán)繞依次生成絕緣介質(zhì)薄膜和柵電極。
[0023]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0024]本發(fā)明由于在InAs中引入N組分，改變了 InAs材料的能帶性質(zhì)，同時(shí)由于源極采用InAsN復(fù)合材料，溝道采用GaAsSb復(fù)合材料，使得溝道與源極接觸形成的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿勢皇低，增大了隧穿幾率，提高了導(dǎo)通電流，進(jìn)而提高器件性能。
【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管的XZ面剖面圖；
[0026]圖2為本發(fā)明制作圖1場效應(yīng)晶體管的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用于解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0028]2.參照圖1，本發(fā)明基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管包括:襯底1、源極2、溝道3、漏極4、絕緣介電質(zhì)薄膜5及柵電極6。其中:
[0029]襯底I采用單晶InAs材料，源極2采用通式為InAs1 XNX的復(fù)合材料，式中χ為N組分，0〈χ ( 0.05 ;溝道3和漏極4采用通式為GaAs1 ySby的復(fù)合材料，式中y為Sb組分，
0.35 ^ y ^ 0.65 ;該襯底1、源極2、溝道3、漏極4自下而上豎直分布，且源極2的禁帶寬度Egl大于溝道3的禁帶寬度E g2，在源極2與溝道3的接觸處形成有效的交錯(cuò)型隧穿結(jié)；絕緣介質(zhì)薄膜5和柵電極6依次環(huán)繞在溝道3的外圍，即絕緣介電質(zhì)薄膜5包裹在溝道3的外部，柵電極6包裹在絕緣介電質(zhì)薄膜5的外部，形成由內(nèi)而外逐層環(huán)繞包裹結(jié)構(gòu)。
[0030]參照圖2，本發(fā)明制作基于InAsN-GaAsSb材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)隧穿場效應(yīng)晶體管的方法，給出如下三種實(shí)施例。
[0031]實(shí)施例1:制作基于InAsa95NaQ5-GaAsa35SbQ.65材料的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)η溝道隧穿場效應(yīng)晶體管。
[0032]步驟a:利用分子束外延工藝，在InAs襯底I上，以固體In、As和N作為蒸發(fā)源，在溫度為725 °C，壓強(qiáng)為10 4pa條件下，生長N組分為0.05的InAsN復(fù)合材料，形成源極層，如圖2a。
[0033]步驟b:利用分子束外延工藝，在源極層上，以固體Ga、As和Sb作為蒸發(fā)源，在溫度為725°C，壓強(qiáng)為10 4pa條件下，生長Sb組分為0.65的GaAsSb復(fù)合材料，形成溝道層，如圖2b ；
[0034]步驟c:利用分子束外延工藝，在溝道層上，以固體Ga、As和Sb作為蒸發(fā)源，在溫度為725°C，壓強(qiáng)為10 4pa條件下，生長Sb組分為0.65的GaAsSb復(fù)合材料，形成漏極層，如圖2c ;
[0035]步驟d:利用刻蝕工藝，采用氯基原子團(tuán)作為刻蝕劑，在光刻膠的掩蔽作用下，將源極層、溝道層和漏極層四周多余部分刻蝕，在中間形成自下而上的源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)豎直分布結(jié)構(gòu)，如圖2d
[0036]步驟e:對源極區(qū)、溝道區(qū)和漏極區(qū)進(jìn)行離子注入:
[0037]在源極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的Si元素，形成p +摻雜的源極2 ;
[0038]在溝道區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為115Cm 3的Si元素，形成P摻雜的溝道3;
[0039]在漏極區(qū)中注入能量為20KeV、劑量為119Cm 3的Te元素，形成η +摻雜漏極4，如圖2e ;
[0040]步驟f:利用原子層淀積工藝，在環(huán)境溫度為240°C的N2、O2氛圍下，先在溝道3四周環(huán)繞淀積絕緣電介質(zhì)S12形成絕緣電介質(zhì)薄膜5 ;再在絕緣電介質(zhì)薄膜5的四周環(huán)繞淀積金屬薄膜形成柵電極6，從而實(shí)現(xiàn)在溝道3四周環(huán)繞依次生成絕緣電介質(zhì)薄膜5和柵電極6的結(jié)構(gòu)，如圖2f，完成器件制作。
[0041]實(shí)施例2:制作基于InAsa97NatJ3-GaAsa5Sba^M的交錯(cuò)型異質(zhì)結(jié)P溝道隧穿場效應(yīng)晶體管。
[0042]步驟1:利用分子束外