專(zhuān)利名稱(chēng)：隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別地，涉及一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Tunnel FET，簡(jiǎn)稱(chēng)TFET)是一種新型的晶體管，與傳統(tǒng)的 MOSFET相比，具有關(guān)斷電流小、亞閾值擺幅小等優(yōu)點(diǎn)，但是，隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管也有一個(gè)顯著的缺點(diǎn)導(dǎo)通電流較小。因此，需要進(jìn)一步提高隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法，通過(guò)使源區(qū)的側(cè)壁經(jīng)阻擋層接于襯底并改變所述阻擋層的形貌，利于減少隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管中載流子隧穿的勢(shì)壘寬度，利于進(jìn)一步提高隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電流。本發(fā)明提供一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括，柵堆疊，所述柵堆疊形成于襯底上，所述柵堆疊和所述襯底之間具有交界線(xiàn)；源區(qū)，所述源區(qū)嵌于所述襯底中且位于所述柵堆疊一側(cè)，所述源區(qū)包含側(cè)壁和底壁；其中阻擋層，保形地位于所述側(cè)壁和部分所述底壁上；所述側(cè)壁經(jīng)所述阻擋層接于所述襯底，且至少靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°。本發(fā)明還提供一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，包括在襯底上形成柵堆疊并確定源區(qū)區(qū)域，所述柵堆疊和所述襯底之間形成交界線(xiàn)；在所述源區(qū)區(qū)域中以各向異性工藝去除部分深度的所述襯底，以形成第一溝槽；以各向同性工藝刻蝕所述第一溝槽，以形成第二溝槽，所述第二溝槽包括側(cè)壁和底壁；在所述側(cè)壁和所述底壁上保形地形成阻擋層，所述側(cè)壁經(jīng)所述阻擋層接于所述襯底，且至少靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90° ；在所述底壁上形成源區(qū)，所述源區(qū)填充所述第二溝槽。與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)在隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)的側(cè)壁形成阻擋層，并且通過(guò)改變所述阻擋層的形貌，如柵堆疊和襯底之間具有交界線(xiàn)，至少使靠近柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°，而減少隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管中載流子隧穿的勢(shì)壘寬度，進(jìn)而利于提高隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)通電流，同時(shí)，還利于減小隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)電流和亞閾值擺幅(SS)。


圖1為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法實(shí)施例中形成柵堆疊后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法實(shí)施例中確定源區(qū)區(qū)域后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法實(shí)施例中形成第一溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的一個(gè)實(shí)施例中形成第二溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的另一個(gè)實(shí)施例中形成第二溝槽后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9至圖10為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的一個(gè)實(shí)施例中形成阻擋層后的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法的一個(gè)實(shí)施例中形成源區(qū)后的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下，通過(guò)附圖中示出的具體實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明。但是應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。在附圖中示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的層結(jié)構(gòu)示意圖。這些圖并非是按比例繪制的，其中為了清楚的目的，放大了某些細(xì)節(jié)，并且可能省略了某些細(xì)節(jié)。圖中所示出的各種區(qū)域、層的形狀以及它們之間的相對(duì)大小、位置關(guān)系僅是示例性的，實(shí)際中可能由于制造公差或技術(shù)限制而有所偏差，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)實(shí)際所需可以另外設(shè)計(jì)具有不同形狀、大小、相對(duì)位置的區(qū)域/層。作為本發(fā)明提供的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第一實(shí)施例，參見(jiàn)圖1。所述隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括柵堆疊，所述柵堆疊形成于襯底100上，所述柵堆疊和所述襯底100之間具有交界線(xiàn)；源區(qū)140，所述源區(qū)140嵌于所述襯底100中且位于所述柵堆疊一側(cè)，所述源區(qū)140 包含側(cè)壁142和底壁144 ；其中，所述側(cè)壁142經(jīng)阻擋層200接于所述襯底100，且所述阻擋層200與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°。作為本發(fā)明提供的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第二實(shí)施例，參見(jiàn)圖2。所述隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括柵堆疊，所述柵堆疊形成于襯底100上，所述柵堆疊和所述襯底100之間具有交界線(xiàn)；源區(qū)160，所述源區(qū)160嵌于所述襯底100中且位于所述柵堆疊一側(cè)，所述源區(qū)160包含側(cè)壁162、164、166和底壁168 ；其中，所述側(cè)壁162、164、166經(jīng)阻擋層接于所述襯底100， 且在靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層202與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°時(shí)，遠(yuǎn)離所述柵堆疊的部分所述阻擋層206與所述交界線(xiàn)之間的夾角大于90°。此時(shí)，位于所述阻擋層中202和206之間的部分記為204。作為本發(fā)明提供的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的第三實(shí)施例，參見(jiàn)圖3。所述隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括柵堆疊，所述柵堆疊形成于襯底100上，所述柵堆疊和所述襯底100之間具有交界線(xiàn)；源區(qū)180，所述源區(qū)180嵌于所述襯底100中且位于所述柵堆疊一側(cè)，所述源區(qū)180包含側(cè)壁182、184和底壁186 ；其中，所述側(cè)壁182、184經(jīng)阻擋層接于所述襯底100，且在靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層302與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°時(shí)，遠(yuǎn)離所述柵堆疊的部分所述阻擋層304與所述交界線(xiàn)之間的夾角大于90°，且靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層302與遠(yuǎn)離所述柵堆疊的部分所述阻擋層304相交。在上述各實(shí)施例中，所述襯底100已經(jīng)歷處理操作，所述處理操作包括預(yù)清洗及形成阱區(qū)，在本實(shí)施例中，所述襯底100為硅襯底，在其他實(shí)施例中，所述襯底100還可以包括其他化合物半導(dǎo)體，如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦；此外，所述襯底100優(yōu)選地包括外延層；所述襯底100也可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。所述柵堆疊包括形成于所述襯底100上的柵介質(zhì)層102、形成于所述柵介質(zhì)層102 上的柵極104，以及，環(huán)繞所述柵介質(zhì)層102和所述柵極104的側(cè)墻106。其中，所述柵極104 可采用先柵工藝(gate first)或后柵工藝(gate last)形成，采用先柵工藝形成所述柵極 104時(shí)，所述柵極104可為堆疊的金屬柵；采用后柵工藝形成所述柵極104時(shí)，所述柵極104 可為替代柵(在后續(xù)形成源區(qū)和漏區(qū)及層間介質(zhì)層后去除所述替代柵形成金屬柵)。所述柵介質(zhì)層102可以選用鉿基材料(為高介電常數(shù)材料中的一類(lèi))，如Hf02、HfSiO、HfSiON、 HfTaO、HfTiO或HfZrO中的一種或其組合，也可以選用其他高介電常數(shù)材料，如Al203、La203、 ZrO2或LaAW中的一種或其組合，或者選用所述其他高介電常數(shù)材料與所述鉿基材料的組合。所述側(cè)墻106可以包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或碳化硅中的一種或其組合。所述側(cè)墻106可以具有多層結(jié)構(gòu)。在所述柵堆疊上還可形成帽層108。在上述各實(shí)施例中，所述隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括漏區(qū)120。在所述襯底100中包含Si時(shí)，對(duì)于PMOS器件，所述源區(qū)140、160、180和所述漏區(qū)120可為Si1Jex, X的取值范圍可為0. 1 0.7，可以根據(jù)工藝需要靈活調(diào)節(jié)，如0. 2、0. 3、0. 4、0. 5或0. 6 ；對(duì)于NMOS器件，所述源區(qū)140、160、180和所述漏區(qū)120可為Si C，C的原子數(shù)百分比可以為0. 2% 2%，如0. 5%、1%或1. 5%，C的含量可以根據(jù)工藝需要靈活調(diào)節(jié)。需說(shuō)明的是，所述源區(qū) 140、160、180和所述漏區(qū)120中的半導(dǎo)體材料通常是已完成離子摻雜的半導(dǎo)體材料，此時(shí)， 所述源區(qū)140、160、180和所述漏區(qū)120中的摻雜類(lèi)型不同，如，所述源區(qū)140、160、180中為 N型摻雜時(shí)，所述漏區(qū)120中可以是P型摻雜。在其他實(shí)施例中，所述源區(qū)140、160、180也可以為金屬，所述金屬的性質(zhì)接近于與所述漏區(qū)120摻雜類(lèi)型相反的半導(dǎo)體材料的性質(zhì)， 具體地，如，所述金屬的費(fèi)米能級(jí)與選作所述源區(qū)140、160、180的半導(dǎo)體材料的費(fèi)米能級(jí)相接近。例如，本實(shí)施例中，所述金屬可以包括Ni、Ti等。此外，在其他實(shí)施例中，所述底壁144、168、186中接于所述側(cè)壁142、166、184的部分也可經(jīng)阻擋層200、208、306接于所述襯底100。特別地，各所述阻擋層的厚度可小于50 埃?？蛇x地，所述襯底100為硅時(shí)，各所述阻擋層的材料為氧化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)材料(具體的選取范圍與前面描述的相同，不再贅述)組成的群組中的一種或多種。本發(fā)明還提供了一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，包括首先，如圖4所示，在襯底100上形成柵堆疊，所述柵堆疊和所述襯底100之間形成交界線(xiàn)；隨后，確定源區(qū)區(qū)域；實(shí)踐中，如圖5所示，可在利用掩膜層110覆蓋所述襯底 100后，暴露所述源區(qū)區(qū)域；在此步驟之前，也可預(yù)先形成漏區(qū)120(如本實(shí)施例)；在其他實(shí)施例中，也可以在形成源區(qū)后再形成漏區(qū)120。再后，如圖6所示，在所述源區(qū)區(qū)域中以各向異性工藝去除部分深度的所述襯底100，以形成第一溝槽130。具體地，可采用干法刻蝕工藝去除部分深度的所述襯底100，此時(shí)，所述第一溝槽130內(nèi)凹至作為掩膜的側(cè)墻106之下，因?yàn)榧词共捎酶飨虍愋怨に嚕矔?huì)產(chǎn)生一定程度的側(cè)蝕。然后，如圖7和圖8所示，以各向同性工藝刻蝕所述第一溝槽130，以形成第二溝槽132、134，所述第二溝槽132、134包括側(cè)壁和底壁。本文件內(nèi)，所述各向同性工藝泛指對(duì)定向性要求不高的刻蝕工藝，并不特指在各個(gè)方向上獲得相同的刻蝕效果，如，所述各向同性工藝可以為干法刻蝕工藝或濕法刻蝕工藝，以使所述第一溝槽130的側(cè)壁繼續(xù)內(nèi)凹，但由于采用同一刻蝕劑刻蝕同一材料時(shí)，在該材料的不同晶向中，刻蝕速率不同，導(dǎo)致經(jīng)歷所述各向同性工藝刻蝕所述第一溝槽130暴露的襯底100時(shí)，獲得如圖7和圖8所示的側(cè)壁。 其中，通過(guò)控制所述各向同性工藝所持續(xù)的時(shí)間或刻蝕劑的種類(lèi)、劑量等其他工藝參數(shù)可先獲得如圖7所示的結(jié)構(gòu)，繼續(xù)所述各向同性刻蝕操作，可獲得如圖8所示的結(jié)構(gòu)。隨后，在所述側(cè)壁上形成阻擋層。具體地，在所述側(cè)壁上形成阻擋層的步驟可包括首先，如圖9所示，采用熱氧化工藝形成鈍化層150(在其他實(shí)施例中，也可以淀積所述阻擋層，所述阻擋層可為業(yè)內(nèi)慣用的任何介質(zhì)層材料，如摻雜或未摻雜的氧化硅或氮化硅中的一種或其組合)，所述鈍化層150形成于所述側(cè)壁和所述底壁上，在所述襯底100為硅時(shí)，所述鈍化層150可為氧化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)材料組成的群組中的一種或多種； 然后，如圖10所示，去除形成于所述底壁的所述鈍化層150，此時(shí)，殘留在所述側(cè)壁上的所述鈍化層150即作為所述阻擋層?？刹捎酶飨虍愋怨に嚾コ采w所述底壁的所述鈍化層 150。優(yōu)選地，所述阻擋層的厚度可小于50埃。再后，如圖11所示，在所述底壁上形成源區(qū)170(即為隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例中的140、160、180，只為標(biāo)示方便)，所述源區(qū)170填充所述第二溝槽132、134?？梢酝庋由L(zhǎng)工藝形成所述源區(qū)170，在形成所述源區(qū)170之前，可預(yù)先去除所述掩膜層110。其中，隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法實(shí)施例中，涉及的各結(jié)構(gòu)的材料及組成均與隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例中描述的相同，不再贅述。在其他實(shí)施例中，也可以通過(guò)沉積金屬來(lái)形成所述源區(qū)170。 所述金屬與隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管實(shí)施例中描述的相同，不再贅述。在以上的描述中，對(duì)于各層的構(gòu)圖、刻蝕等技術(shù)細(xì)節(jié)并沒(méi)有做出詳細(xì)的說(shuō)明。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)中的各種手段，來(lái)形成所需形狀的層、區(qū)域等。另外，為了形成同一結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域技術(shù)人員還可以設(shè)計(jì)出與以上描述的方法并不完全相同的方法。以上參照本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明予以了說(shuō)明。但是，這些實(shí)施例僅僅是為了說(shuō)明的目的，而并非為了限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等價(jià)物限定。 不脫離本發(fā)明的范圍，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出多種替換和修改，這些替換和修改都應(yīng)落在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括，柵堆疊，所述柵堆疊形成于襯底上，所述柵堆疊和所述襯底之間具有交界線(xiàn)； 源區(qū)，所述源區(qū)嵌于所述襯底中且位于所述柵堆疊一側(cè)，所述源區(qū)包含側(cè)壁和底壁；其特征在于阻擋層，保形地位于所述側(cè)壁和部分所述底壁上；所述側(cè)壁經(jīng)所述阻擋層接于所述襯底，且至少靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于在靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°時(shí)，遠(yuǎn)離所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角大于90°。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與遠(yuǎn)離所述柵堆疊的部分所述阻擋層相交。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述阻擋層的厚度小于50埃。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述襯底為硅時(shí)，所述阻擋層的材料為氧化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)材料組成的群組中的一種或多種。
6.一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法，包括在襯底上形成柵堆疊并確定源區(qū)區(qū)域，所述柵堆疊和所述襯底之間形成交界線(xiàn)； 在所述源區(qū)區(qū)域中以各向異性工藝去除部分深度的所述襯底，以形成第一溝槽； 以各向同性工藝刻蝕所述第一溝槽，以形成第二溝槽，所述第二溝槽包括側(cè)壁和底壁；在所述側(cè)壁和所述底壁上保形地形成阻擋層，所述側(cè)壁經(jīng)所述阻擋層接于所述襯底， 且至少靠近所述柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90° ； 在所述底壁上形成源區(qū)，所述源區(qū)填充所述第二溝槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述側(cè)壁和所述底壁上保形地形成阻擋層的步驟包括采用熱氧化工藝形成阻擋層，所述阻擋層保形地形成于所述側(cè)壁和所述底壁上； 去除形成于所述底壁的所述阻擋層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于以各向異性工藝去除覆蓋所述底壁的所述鈍化層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述阻擋層的厚度小于50埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述襯底為硅時(shí)，所述阻擋層的材料為氧化硅、氮氧化硅、高介電常數(shù)材料組成的群組中的一種或多種。
全文摘要
一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，柵堆疊和襯底之間具有交界線(xiàn)，其源區(qū)的側(cè)壁經(jīng)阻擋層接于襯底，且至少靠近柵堆疊的部分所述阻擋層與所述交界線(xiàn)之間的夾角小于90°。還提供了一種隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法。均利于增加導(dǎo)通電流。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102544099SQ20101062055
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月31日
發(fā)明者王鶴飛, 駱志炯 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所