盲专网 - 一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管

专利申请流程有哪些步骤？

申请

申请号：指国家知识产权局受理一件专利申请时给予该专利申请的一个标示号码。唯一性原则。

申请日：提出专利申请之日。

2016-04-20

申请公布

申请公布指发明专利申请经初步审查合格后，自申请日（或优先权日）起18个月期满时的公布或根据申请人的请求提前进行的公布。

申请公布号：专利申请过程中，在尚未取得专利授权之前，国家专利局《专利公报》公开专利时的编号。

申请公布日：申请公开的日期，即在专利公报上予以公开的日期。

2016-07-20

授权

授权指对发明专利申请经实质审查没有发现驳回理由，授予发明专利权；或对实用新型或外观设计专利申请经初步审查没有发现驳回理由，授予实用新型专利权或外观设计专利权。

2018-12-25

预估到期

发明专利权的期限为二十年，实用新型专利权期限为十年，外观设计专利权期限为十五年，均自申请日起计算。专利届满后法律终止保护。

2036-04-20

基本信息

有效性	有效专利	专利类型	发明专利
申请号	CN201610251263.9	申请日	2016-04-20
公开/公告号	CN105702721B	公开/公告日	2018-12-25
授权日	2018-12-25	预估到期日	2036-04-20
申请年	2016年	公开/公告年	2018年
缴费截止日
分类号	H01L29/739 、H01L29/423	主分类号	H01L29/739
是否联合申请	独立申请	文献类型号	B
独权数量	1	从权数量	3
权利要求数量	4	非专利引证数量	0
引用专利数量	5	被引证专利数量	0
非专利引证
引用专利	CN101894864A、US2012/0043607A1、US2015/0179800A1、US2016/0043234A1、CN105118858A	被引证专利
专利权维持	6	专利申请国编码	CN
专利事件		事务标签	公开、实质审查、授权

申请人信息

申请人	杭州电子科技大学	第一申请人	杭州电子科技大学
专利权人	杭州电子科技大学	当前专利权人	杭州电子科技大学
发明人	王颖、曹菲、王艳福、于成浩	第一发明人	王颖
地址	浙江省杭州市下沙高教园区2号大街	邮编	310018
申请人数量	1	发明人数量	4
申请人所在省	浙江省	申请人所在市	浙江省杭州市

代理人信息

代理机构

专利代理机构是经省专利管理局审核，国家知识产权局批准设立，可以接受委托人的委托，在委托权限范围内以委托人的名义办理专利申请或其他专利事务的服务机构。

杭州君度专利代理事务所

代理人

专利代理师是代理他人进行专利申请和办理其他专利事务，取得一定资格的人。

杜军

摘要

本发明公开了一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管，由顶部栅电极、底部栅电极、源电极、漏电极、p型重掺杂pocket区、沟道区、第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第一高K栅介质材料、第二高K栅介质材料、二氧化硅氧化层组成。本发明利用非对称栅极结构将隧穿器件陡峭的亚阈值摆幅和无结器件的较大开态电流优点相结合，当该新器件工作在亚阈值区时主要是无结器件工作，这样可以拥有更好的亚阈值特性，比如陡峭的亚阈值摆幅，而在开态时主要是无结器件工作，这样可以拥有更大的驱动电流。综合两种状态的变化，新型器件可以有效地提高器件的基本电学特性。

摘要附图
说明书附图：图1
说明书附图：图2

法律状态

序号	法律状态公告日	法律状态	法律状态信息
1	2018-12-25	授权
2	2016-07-20	实质审查的生效	IPC(主分类): H01L 29/739 专利申请号: 201610251263.9 申请日: 2016.04.20
3	2016-06-22	公开

权利要求

权利要求书是申请文件最核心的部分，是申请人向国家申请保护他的发明创造及划定保护范围的文件。

1.一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管，其特征在于：包括顶部栅电极(1)、底部栅电极(2)、源电极(3)、漏电极(4)、p型重掺杂口袋区(5)、沟道重叠区(6)、第一n型重掺杂区(7a)、第二n型重掺杂区(7b)、第一高K栅介质材料(8a)、第二高K栅介质材料(8b)、二氧化硅氧化层(9)；所述顶部栅电极(1)与底部栅电极(2)位于沟道上下位置，为非对称结构，并且顶部栅电极(1)与底部栅电极(2)具有不同的功函数；顶部栅电极(1)与底部栅电极(2)存在重叠区域沟道重叠区(6)；顶部栅电极(1)与沟道重叠区(6)之间设有第二高K栅介质材料(8b)，顶部栅电极(1)、沟道重叠区(6)、第二高K栅介质材料(8b)的两端对齐，p型重掺杂口袋区(5)和第一n型重掺杂区(7a)设置在沟道重叠区(6)的两侧；p型重掺杂口袋区(5)、沟道重叠区(6)和第一n型重掺杂区(7a)位于第二n型重掺杂区(7b)之上；第一高K栅介质材料(8a)与p型重掺杂口袋区(5)两端对齐，设置在第二n型重掺杂区(7b)下方，源电极(3)与p型重掺杂口袋区(5)和第二n型重掺杂区(7b)同时形成欧姆接触；漏电极(4)与第一n型重掺杂区(7a)和第二n型重掺杂区(7b)同时形成欧姆接触；源电极(3)与第二高K栅介质材料(8b)之间设有二氧化硅氧化层(9)；漏电极(4)与第二高K栅介质材料(8b)之间设有二氧化硅氧化层(9)；第一高K栅介质材料(8a)的两侧也分别设有二氧化硅氧化层(9)。

2.根据权利要求1所述非对称双栅隧穿场效应晶体管，其特征在于：p型重掺杂口袋区(5)的掺杂浓度为1×1020cm-3。

3.根据权利要求1所述非对称双栅隧穿场效应晶体管，其特征在于：沟道区(6)的掺杂浓度不大于1×1017cm-3。

4.根据权利要求1所述非对称双栅隧穿场效应晶体管，其特征在于：第一n型重掺杂区(7a)与第二n型重掺杂区(7b)掺杂一致，且浓度为1×1019-1×1020cm-3。

说明书

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体集成电路用器件,主要是一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管。

背景技术

[0002] 由于传统的MOSFET是基于载流子热激发原理工作的，所以在室温下其亚阈值摆幅的极限值为60mV/decade。所以随着器件特征尺寸的不断缩小由于受到器件亚阈值摆幅极限值的限制因而减小工作电压将不能有效地降低MOSFET器件的功耗。为了解决这一问题，研究人员提出了一种基于量子隧穿效应工作原理的全新半导体器件——隧穿场效应晶体管(TFET)。TFET器件已经被证实其亚阈值摆幅在室温下可以突破MOSFET亚阈值摆幅60mV/decade这一理论极限值，这有利于减小器件的工作电压，降低器件的功耗，因此它被看作未来低功耗应用领域的候选器件之一。TFET器件要想成为性能优越的开关器件就必须具有尽可能小的亚阈值摆幅、尽量大的开态电流和足够小的关态泄漏电流。然而不幸的是由于TFET器件中存在着较大的隧穿电阻导致载流子隧穿几率大大降低，因而其开态电流要明显的低于MOSFET的开态电流值，所以这一缺陷限制了它在实际电路中的应用。为了改善这些缺陷，很多技术手段在相关文献中报道，尽管采用这么多的技术对器件特性有一些改善但是目前一些技术指标依然不能满足半导体工业的要求，这就要求研究人员要提出更加新颖的结构使器件的技术指标满足半导体工业对器件的各项要求。

[0003] 随着MOSFET器件尺寸的不断缩小对超浅结工艺的要求越来越苛刻，为了降低制造工艺的难度，研究人员提出了一种被称为无结场效应晶体管(junctionless field effect transistor，JLFET)的半导体器件。顾名思义该器件不像MOSFET器件那样需要在制作工艺中向本征半导体中掺杂不同类型的元素来形成p-n结，而是该器件的源极区、漏极区和沟道区都是掺杂的相同类型相同浓度的元素，故而可以避免浅结工艺的苛刻要求。无结场效应晶体管具有制造工艺简单以及电学特性优良的特点也使其成为一类被热门研究的半导体器件。尽管无结场效应晶体管比MOSFET拥有更好的电学特性和更好的稳定性，但是它的亚阈值摆幅仍然和MOSFET器件一样不能突破60mV/decade这一理论极限值，因而限制了它在很多方面的应用。

[0004] 综上所述，TFET器件由于其具有较小的亚阈值摆幅使其被广泛应用在低功耗区域潜力，目前由于其较小的开态电流阻止了这种潜力被进一步发挥。JLFET器件具有较优良的电学特性以及较稳定的特点，然而其亚阈值摆幅依然受到60mV/decade这一理论极限值的限制，导致其很难被广泛的应用。

发明内容

[0005] 本发明基于以上两类器件各自的优缺点，在本发明中，我们将上述两类器件的优点结合从而提出了一种高性能的半导体器件，这里我们称它为非对称双栅隧穿晶体管。非对称双栅隧穿晶体管在结合了TFET器件陡峭的亚阈值摆幅和无结场效应晶体管具有较大开态电流优点的情况下尽可能地提高该新结构的电学特性，从而尽量地满足半导体工业对器件的各项指标要求。非对称双栅隧穿晶体管的仿真结果表明其电学特性方面，例如开态电流、开关电流比和亚阈值摆幅都有显著地改善。

[0006] 实现本发明目的技术方案：

[0007] 本发明一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管，包括顶部栅电极、底部栅电极、源电极、漏电极、p型重掺杂pocket区、沟道重叠区、第一n型重掺杂区、第二n型重掺杂区、第一高K栅介质材料、第二高K栅介质材料和二氧化硅氧化层。所述顶部栅电极与底部栅电极位于沟道上下位置，为非对称结构，并且顶部栅电极与底部栅电极具有不同的功函数；顶部栅电极与底部栅电极存在重叠区域沟道重叠区；顶部栅电极与沟道重叠区之间设有第二高K栅介质材料，顶部栅电极、沟道重叠区、第二高K栅介质材料的两端对齐，p型重掺杂pocket区和第一n型重掺杂区设置在沟道重叠区的两侧；p型重掺杂pocket区、沟道重叠区和第一n型重掺杂区位于第二n型重掺杂区之上；第一高K栅介质材料与p型重掺杂pocket区两端对齐，设置在第二n型重掺杂区下方，源电极与p型重掺杂pocket区和第二n型重掺杂区同时形成欧姆接触；漏电极与第一n型重掺杂区和第二n型重掺杂区同时形成欧姆接触；源电极与第二高K栅介质材料之间设有二氧化硅氧化层；漏电极与第二高K栅介质材料之间设有二氧化硅氧化层；第一高K栅介质材料的两侧也分别设有二氧化硅氧化层。

[0008] 所述的p型重掺杂pocket区的掺杂浓度为1×1020cm-3。

[0009] 所述额沟道区的掺杂浓度不大于1×1017cm-3。

[0010] 所述的n型重掺杂区与n型重掺杂区掺杂一致，且浓度为1×1019-1×1020cm-3。

[0011] 本发明利用非对称栅极结构将TFET器件陡峭的亚阈值摆幅和无结场效应晶体管的较大开态电流优点相结合，在该新器件工作在亚阈值区时主要是TFET器件工作，这样可以拥有更好的亚阈值特性，比如陡峭的亚阈值摆幅，而在开态时主要是无结场效应晶体管工作，这样可以拥有更大的驱动电流。综合两种状态的变化，新型器件可以提高器件的基本电学特性。

实施方案

[0014] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明进行具体阐述。

[0015] 如图1所示，一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管，其特征在于：由顶部栅电极1、底部栅电极2、源电极3、漏电极4、p型重掺杂pocket区5、沟道重叠区6、第一n型重掺杂区
7a第二、n型重掺杂区7b、第一高K栅介质材料8a、第二高K栅介质材料8b、二氧化硅氧化层9组成。其中，所述顶部栅电极1与底部栅电极2位于沟道上下位置，为非对称结构并且顶部栅电极1与底部栅电极2具有不同的功函数；顶部栅电极1与底部栅电极2存在重叠区域沟道重叠区6；顶部栅电极1与沟道重叠区6之间设有第二高K栅介质材料8b，顶部栅电极1、沟道重叠区6、第二高K栅介质材料8b的两端对齐，p型重掺杂pocket区5和第一n型重掺杂区7a设置在沟道重叠区6的两侧；p型重掺杂pocket区5、沟道重叠区6和第一n型重掺杂区7a位于第二n型重掺杂区7b之上；第一高K栅介质材料8a与p型重掺杂pocket区5两端对齐，设置在第二n型重掺杂区7b下方，源电极3与p型重掺杂pocket区5和第二n型重掺杂区7b同时形成欧姆接触；漏电极4与第一n型重掺杂区7a和第二n型重掺杂区7b同时形成欧姆接触；源电极3与第二高K栅介质材料8b之间设有二氧化硅氧化层9；漏电极4与第二高K栅介质材料8b之间设有二氧化硅氧化层9；第一高K栅介质材料8a的两侧也分别设有二氧化硅氧化层9。

[0016] 其中p型重掺杂pocket区5的掺杂浓度为1×1020cm-3；沟道区6的掺杂浓度不大于117 -3 19 20 -3
×10 cm ；n型重掺杂区7a与n型重掺杂区7b掺杂一致，且浓度为1×10 -1×10 cm 。

[0017] 如图2所示，是40纳米栅极长度非对称双栅隧穿场效应晶体管的转移特性曲线。当栅电极偏压VGS＝0V且漏电极偏压VDS＝1.0V时，器件的关态泄漏电流IOFF＝9.14×10-15A/μm；栅电极偏压VGS＝1.0V且漏电极偏压VDS＝1.0V时，器件的开态电流ION＝3.02×10-4A/μm；器件的点亚阈值摆幅和平均亚阈值摆幅分别为35mV/decade和54mV/decade。通过以上数据可以看出非对称双栅隧穿场效应晶体管的开态电流和开关电流比有得到了显著地提升。这表明了非对称双栅隧穿场效应晶体管器件很好的将隧穿晶体管陡峭的亚阈值摆幅与无结晶体管较大的开态电流结合，使器件的电学特性显著地提升，尤其是较好地解决了隧穿晶体管由于隧穿电阻过大而导致的开态电流较小这一问题。

[0018] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

附图说明

[0012] 图1是新型非对称双栅隧穿场效应晶体管结构示意图。

[0013] 图2是新型非对称双栅隧穿场效应晶体管的转移特性曲线。

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一种新型非对称双栅隧穿场效应晶体管 0 0

技术领域

背景技术

发明内容

实施方案

附图说明