一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括頂部柵極、底部柵極、源區(qū)、漏區(qū)、柵介質(zhì)層、溝道重疊區(qū)、溝道非重疊區(qū)；其中，所述頂部柵極與底部柵極位于溝道上下位置，并且為非對稱結(jié)構(gòu)；頂部柵極與底部柵極存在重疊區(qū)域溝道重疊區(qū)；溝道重疊區(qū)位于溝道非重疊區(qū)之間，源區(qū)、漏區(qū)位于溝道非重疊區(qū)的兩側(cè)，頂部柵極與溝道之間、底部柵極與溝道之間分別設(shè)有柵介質(zhì)層。本發(fā)明利用非對稱柵極結(jié)構(gòu)，在器件開啟時可以擁有更小的溝道長度，而在關(guān)閉時擁有較長的溝道長度。這樣的結(jié)構(gòu)特點可以保證新型器件在關(guān)閉時擁有更好的關(guān)閉電流，以及更大的柵極控制能力。而在器件開啟時，保證器件擁有更大的開啟電流。
【專利說明】
一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電路用器件，主要是一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著CMOS器件尺寸的縮小，無結(jié)器件是一種很好的器件結(jié)構(gòu)來應(yīng)對尺寸縮小的挑戰(zhàn)。對于CMOS器件來說，良好的轉(zhuǎn)移特性曲線是十分重要，這就主要取決于器件的亞閾值斜率(SS)，漏致勢皇降低(DIBL)特性，閾值電壓的大小，泄露電流(Iqff)的大小，驅(qū)動電流(I?)的大小等因素。這些特性就屬于器件的基本電學(xué)特性。另外，無結(jié)器件同樣存在其他特性需要研究，例如變化性，可靠性，交流特性等等。無結(jié)器件在尺寸縮小時遇到很多變化性問題，比如閾值電壓不穩(wěn)定性，硅層厚度變化性，重?fù)诫s下產(chǎn)生的隨機摻雜波動(RDF)等。研究這些特性有助于我們進一步了解與掌握無結(jié)器件。因此在下文中我們將著重介紹無結(jié)器件的基本電學(xué)特性與其他特性。
[0003]隨著器件尺寸的逐漸縮小，無結(jié)器件變現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)反型器件在特性方面的優(yōu)勢。無結(jié)器件最主要的優(yōu)勢在于不存在源漏區(qū)與溝道的結(jié)，因此實際物理柵極長度與有效柵極長度接近一致。而對于傳統(tǒng)反型器件來說，有效柵極長度要比物理柵極長度小約兩納米。對于相對較長的溝道長度，兩納米的差距分別不打，但是對于較小柵極長度時，相同條件下無結(jié)器件的優(yōu)勢就會十分明顯。這一優(yōu)點可以有效地抑制短溝道效應(yīng)的產(chǎn)生。
[0004]然而，當(dāng)器件的尺寸縮小程度更大(接近小于20nm)時，無結(jié)器件的特性同樣會變現(xiàn)出很多不足。這就表明有很大的必要進一步改進無結(jié)器件的結(jié)構(gòu)，來提高器件的特性。對于器件柵極的改造有很多種形式，雙柵型器件就是一種非常典型的改造。對于無結(jié)器件來說，短溝道效應(yīng)主要的影響方面包括對于亞閾值斜率(SS)的影響，對于開關(guān)電流比(1n/I(W)的影響，對于漏致勢皇降低效應(yīng)(DIBL)的影響等。因此我們希望可以設(shè)計新型無結(jié)器件結(jié)構(gòu)，來提高這些受到短溝道效應(yīng)影響的特性，同時也希望提高器件的變化性方面和可靠性方面的特性。另外我們希望新型器件可以提高器件的交流特性，例如電容特性等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種新型非對稱雙柵無結(jié)器件，來提高傳統(tǒng)無結(jié)器件的基本電學(xué)特性，包括提高器件的開關(guān)電流，以及亞閾值斜率與DIBL特性。
[0006]實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0007]—種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括頂部柵極、底部柵極、源區(qū)、漏區(qū)、柵介質(zhì)層、溝道重疊區(qū)、溝道非重疊區(qū)；其中，所述頂部柵極與底部柵極位于溝道上下位置，并且為非對稱結(jié)構(gòu);頂部柵極與底部柵極存在重疊區(qū)域溝道重疊區(qū)；溝道重疊區(qū)位于溝道非重疊區(qū)之間，源區(qū)、漏區(qū)位于溝道非重疊區(qū)的兩側(cè)，頂部柵極與溝道之間、底部柵極與溝道之間分別設(shè)有柵介質(zhì)層。
[0008]源區(qū)、漏區(qū)與溝道重疊區(qū)、溝道非重疊區(qū)的摻雜濃度是一致的，濃度為I X 119到IXlO20Cnf30
[0009]所述新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管的開啟狀態(tài)的溝道長度溝道重疊區(qū)的長度，關(guān)閉狀態(tài)的溝道長度為溝道重疊區(qū)與非溝道重疊區(qū)的總和。
[0010]作為優(yōu)選，所述的溝道重疊區(qū)與兩個溝道非重疊區(qū)，其三者的寬度一致。
[0011]本發(fā)明利用非對稱柵極結(jié)構(gòu)，在器件開啟時可以擁有更小的溝道長度，而在關(guān)閉時擁有較長的溝道長度。這樣的結(jié)構(gòu)特點可以保證新型器件在關(guān)閉時擁有更好的關(guān)閉電流，以及更大的柵極控制能力。而在器件開啟時，保證器件擁有更大的開啟電流。綜合兩種狀態(tài)的變化，新型器件可以提高傳統(tǒng)無結(jié)器件的基本電學(xué)特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是新型非對稱雙柵無結(jié)器件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是新型非對稱雙柵無結(jié)器件與傳統(tǒng)無結(jié)器件轉(zhuǎn)移特性。
[0014]圖3是新型非對稱雙柵無結(jié)器件與傳統(tǒng)無結(jié)器件在不同柵極長度下關(guān)閉電流與開關(guān)電流比特性。
【具體實施方式】
[0015]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進行具體闡述。
[0016]如圖1所示，一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，包括頂部柵極1、底部柵極2、源區(qū)3、漏區(qū)4、柵介質(zhì)層5、溝道重疊區(qū)6、溝道非重疊區(qū)7;其中，所述頂部柵極I與底部柵極2位于溝道上下位置，并且為非對稱結(jié)構(gòu);頂部柵極I與底部柵極2存在重疊區(qū)域溝道重疊區(qū)6;溝道重疊區(qū)6位于溝道非重疊區(qū)7之間，源區(qū)3、漏區(qū)4位于溝道非重疊區(qū)7的兩側(cè)，頂部柵極I與溝道之間、底部柵極2與溝道之間分別設(shè)有柵介質(zhì)層5。
[0017]源區(qū)3、漏區(qū)4與溝道重疊區(qū)6、溝道非重疊區(qū)7的摻雜濃度是一致的，濃度為I X 119至IJlX 102()cm—3;所述的溝道重疊區(qū)6與兩個溝道非重疊區(qū)7，其三者的寬度一致。
[0018]如圖2所示，是20納米柵極長度非對稱雙柵無結(jié)器件(AG-幾)與傳統(tǒng)無結(jié)器件(幾)的轉(zhuǎn)移特性曲線比較。漏極電壓處于0.05V，溝道摻雜濃度為1019cm—3。從圖中可以看出新型無結(jié)器件變現(xiàn)出比傳統(tǒng)無結(jié)器件更加良好的特性。新型器件的開啟電流相比于傳統(tǒng)無結(jié)器件有所提高，并且關(guān)閉電流會有所下降。這表明新型無結(jié)器件擁有更優(yōu)秀的開關(guān)電流比。從圖中的曲線可以讀出20nm柵極長度新型無結(jié)器件的亞閾值斜率為64.5mV/dec，這要優(yōu)于傳統(tǒng)無結(jié)器件的68.3mV/dec。開啟電流可以達到1.47 X 10—4A,關(guān)閉電流可以達到9.60 X 10—14A。因此開關(guān)電流比可以達到1.53\109，這要明顯好于傳統(tǒng)無結(jié)器件的1.55\108。這表明了新型無結(jié)器件在當(dāng)柵極長度為20nm時有優(yōu)于傳統(tǒng)無結(jié)器件的特性，那么在其他柵極長度下特性的比較會如何，我們將進一步比較不同柵極長度下新型無結(jié)器件與傳統(tǒng)無結(jié)器件的基本特性。
[0019]如圖3所示，是在不同柵極長度(1nm到25nm)下新型無結(jié)器件與傳統(tǒng)無結(jié)器件的泄露電流和開關(guān)電流比的情況?？梢钥闯鲈诓煌瑬艠O長度下新型無結(jié)器件的泄露電流數(shù)值都要低于傳統(tǒng)無結(jié)器件，泄漏電流特性都處于領(lǐng)先地位。同樣的，不同柵極長度下新型無結(jié)器件的開關(guān)電流比都要比傳統(tǒng)無結(jié)器件要大。從這張圖中我們可以了解到新型無結(jié)器件擁有優(yōu)秀的開啟與關(guān)閉特性，這主要的原因正如上文所描述的，在開啟時器件可以形成溝道長度為10nm，這一數(shù)值低于物理柵極長度20nm。而在關(guān)閉狀態(tài)時又相對的可以形成溝道長度為30nm的狀態(tài)。新型無結(jié)器件的這一特性使得它在泄露電流與開關(guān)電流比特性上表現(xiàn)出了優(yōu)于傳統(tǒng)無結(jié)器件的特點。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明權(quán)利要求的涵蓋范圍。
【主權(quán)項】
1.一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括頂部柵極(I)、底部柵極(2)、源區(qū)(3)、漏區(qū)(4)、柵介質(zhì)層(5)、溝道重疊區(qū)(6)、溝道非重疊區(qū)(7);其中，所述頂部柵極(I)與底部柵極(2)位于溝道上下位置，并且為非對稱結(jié)構(gòu);頂部柵極(I)與底部柵極(2)存在重疊區(qū)域溝道重疊區(qū)(6);溝道重疊區(qū)(6)位于溝道非重疊區(qū)(7)之間，源區(qū)(3)、漏區(qū)(4)位于溝道非重疊區(qū)(7)的兩側(cè)，頂部柵極(I)與溝道之間、底部柵極(2)與溝道之間分別設(shè)有柵介質(zhì)層(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述額一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于:源區(qū)(3)、漏區(qū)(4)與溝道重疊區(qū)(6)、溝道非重疊區(qū)(7)的摻雜濃度是一致的，濃度為IX 119到IXlO20Cnf303.根據(jù)權(quán)利要求1所述額一種新型非對稱雙柵無結(jié)場效應(yīng)晶體管，其特征在于:所述的溝道重疊區(qū)(6)與兩個溝道非重疊區(qū)(7)，其三者的寬度一致。
【文檔編號】H01L29/423GK105826391SQ201610332888
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月19日
【發(fā)明人】王穎, 孫玲玲, 唐琰, 曹菲
【申請人】杭州電子科技大學(xué)