一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，包括頂部柵極、底部柵極、源區、漏區、柵介質層、溝道重疊區、溝道非重疊區；其中，所述頂部柵極與底部柵極位于溝道上下位置，并且為非對稱結構；頂部柵極與底部柵極存在重疊區域溝道重疊區；溝道重疊區位于溝道非重疊區之間，源區、漏區位于溝道非重疊區的兩側，頂部柵極與溝道之間、底部柵極與溝道之間分別設有柵介質層。本發明利用非對稱柵極結構，在器件開啟時可以擁有更小的溝道長度，而在關閉時擁有較長的溝道長度。這樣的結構特點可以保證新型器件在關閉時擁有更好的關閉電流，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場效應晶體管
技術領域
[0001]本發明涉及半導體集成電路用器件，主要是一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管。
【背景技術】
[0002]隨著CMOS器件尺寸的縮小，無結器件是一種很好的器件結構來應對尺寸縮小的挑戰。對于CMOS器件來說，良好的轉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，驅動電流(I?)的大小等因素。這些特性就屬于器件的基本電學特性。另外，無結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，比如閾值電壓不穩定性，硅層厚度變化性，重摻雜下產生的隨機摻雜波動(RDF)等。研究這些特性有助于我們進一步了解與掌握無結器件。因此在下文中我們將著重介紹無結器件的基本電學特性與其他特性。
[0003]隨著器件尺寸的逐漸縮小，無結器件變現出了優于傳統反型器件在特性方面的優勢。無結器件最主要的優勢在于不存在源漏區與溝道的結，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，相同條件下無結器件的優勢就會十分明顯。這一優點可以有效地抑制短溝道效應的產生。
[0004]然而，當器件的尺寸縮小程度更大(接近小于20nm)時，無結器件的特性同樣會變現出很多不足。這就表明有很大的必要進一步改進無結器件的結構，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。對于無結器件來說，短溝道效應主要的影響方面包括對于亞閾值斜率(SS)的影響，對于開關電流比(1n/I(W)的影響，對于漏致勢皇降低效應(DIBL)的影響等。因此我們希望可以設計新型無結器件結構，來提高這些受到短溝道效應影響的特性，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。
【發明內容】
[0005]本發明針對現有技術的不足，提出了一種新型非對稱雙柵無結器件，來提高傳統無結器件的基本電學特性，包括提高器件的開關電流，以及亞閾值斜率與DIBL特性。
[0006]實現本發明目的技術方案:
[0007]—種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，包括頂部柵極、底部柵極、源區、漏區、柵介質層、溝道重疊區、溝道非重疊區；其中，所述頂部柵極與底部柵極位于溝道上下位置，并且為非對稱結構;頂部柵極與底部柵極存在重疊區域溝道重疊區；溝道重疊區位于溝道非重疊區之間，源區、漏區位于溝道非重疊區的兩側，頂部柵極與溝道之間、底部柵極與溝道之間分別設有柵介質層。
[0008]源區、漏區與溝道重疊區、溝道非重疊區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場效應晶體管的開啟狀態的溝道長度溝道重疊區的長度，關閉狀態的溝道長度為溝道重疊區與非溝道重疊區的總和。
[0010]作為優選，所述的溝道重疊區與兩個溝道非重疊區，其三者的寬度一致。
[0011]本發明利用非對稱柵極結構，在器件開啟時可以擁有更小的溝道長度，而在關閉時擁有較長的溝道長度。這樣的結構特點可以保證新型器件在關閉時擁有更好的關閉電流，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。綜合兩種狀態的變化，新型器件可以提高傳統無結器件的基本電學特性。
【附圖說明】
[0012]圖1是新型非對稱雙柵無結器件結構示意圖。
[0013]圖2是新型非對稱雙柵無結器件與傳統無結器件轉移特性。
[0014]圖3是新型非對稱雙柵無結器件與傳統無結器件在不同柵極長度下關閉電流與開關電流比特性。
【具體實施方式】
[0015]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，以下結合附圖對本發明進行具體闡述。
[0016]如圖1所示，一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，包括頂部柵極1、底部柵極2、源區3、漏區4、柵介質層5、溝道重疊區6、溝道非重疊區7;其中，所述頂部柵極I與底部柵極2位于溝道上下位置，并且為非對稱結構;頂部柵極I與底部柵極2存在重疊區域溝道重疊區6;溝道重疊區6位于溝道非重疊區7之間，源區3、漏區4位于溝道非重疊區7的兩側，頂部柵極I與溝道之間、底部柵極2與溝道之間分別設有柵介質層5。
[0017]源區3、漏區4與溝道重疊區6、溝道非重疊區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6與兩個溝道非重疊區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器件(AG-幾)與傳統無結器件(幾)的轉移特性曲線比較。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器件變現出比傳統無結器件更加良好的特性。新型器件的開啟電流相比于傳統無結器件有所提高，并且關閉電流會有所下降。這表明新型無結器件擁有更優秀的開關電流比。從圖中的曲線可以讀出20nm柵極長度新型無結器件的亞閾值斜率為64.5mV/dec，這要優于傳統無結器件的68.3mV/dec。開啟電流可以達到1.47 X 10—4A,關閉電流可以達到9.60 X 10—14A。因此開關電流比可以達到1.53\109，這要明顯好于傳統無結器件的1.55\108。這表明了新型無結器件在當柵極長度為20nm時有優于傳統無結器件的特性，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器件與傳統無結器件的基本特性。
[0019]如圖3所示，是在不同柵極長度(1nm到25nm)下新型無結器件與傳統無結器件的泄露電流和開關電流比的情況。可以看出在不同柵極長度下新型無結器件的泄露電流數值都要低于傳統無結器件，泄漏電流特性都處于領先地位。同樣的，不同柵極長度下新型無結器件的開關電流比都要比傳統無結器件要大。從這張圖中我們可以了解到新型無結器件擁有優秀的開啟與關閉特性，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，這一數值低于物理柵極長度20nm。而在關閉狀態時又相對的可以形成溝道長度為30nm的狀態。新型無結器件的這一特性使得它在泄露電流與開關電流比特性上表現出了優于傳統無結器件的特點。
[0020]以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求范圍所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明權利要求的涵蓋范圍。
【主權項】
1.一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，其特征在于，包括頂部柵極(I)、底部柵極(2)、源區(3)、漏區(4)、柵介質層(5)、溝道重疊區(6)、溝道非重疊區(7);其中，所述頂部柵極(I)與底部柵極(2)位于溝道上下位置，并且為非對稱結構;頂部柵極(I)與底部柵極(2)存在重疊區域溝道重疊區(6);溝道重疊區(6)位于溝道非重疊區(7)之間，源區(3)、漏區(4)位于溝道非重疊區(7)的兩側，頂部柵極(I)與溝道之間、底部柵極(2)與溝道之間分別設有柵介質層(5)。2.根據權利要求1所述額一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，其特征在于:源區(3)、漏區(4)與溝道重疊區(6)、溝道非重疊區(7)的摻雜濃度是一致的，濃度為IX 119到IXlO20Cnf303.根據權利要求1所述額一種新型非對稱雙柵無結場效應晶體管，其特征在于:所述的溝道重疊區(6)與兩個溝道非重疊區(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
【發明人】王穎, 孫玲玲, 唐琰, 曹菲
【申請人】杭州電子科技大學