[發明專利]一種源極為肖特基結的隧穿晶體管結構及其制造方法

無效

• 申請號: 200910247546.6
• 申請日: 2009-12-30
• 公開（公告）號: CN101771079A
• 公開（公告）日: 2010-07-07
• 發明（設計）人: 王鵬飛;吳東平;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/47;H01L21/336;H01L21/28;H01L27/092;H01L27/088
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種源極為肖特基結的U形溝道隧穿晶體管結構。同時，本發明還提出了一種源極為肖特基結的U形溝道隧穿晶體管結構的制造方法。

背景技術

近年來，以硅集成電路為核心的微電子技術得到了迅速的發展，集成電路芯片的發展按比例逐步縮小，基本上遵循摩爾定律，即半導體芯片的集成度以每18個月翻一番的速度增長。可是隨著半導體芯片集成度的不斷增加，半導體器件的尺寸越來越小，MOS晶體管的溝道長度也在不斷的縮短，當MOS晶體管的溝道長度變得非常短時，短溝道效應在所有的標準金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)中都是常見的，它使晶體管的漏電流上升、閾值電壓降低。通過提高通道區摻雜，可以降低短溝道效應，但其代價是電子遷移率降低、速度減慢、發生電子雪崩擊穿的危險加大。為了能夠繼續延續過去40年的發展趨勢，必須克服由此帶來的材料和工藝方面的諸多障礙。但是，器件能夠按比例縮小的前提條件是控制短溝道效應，從而器件才能夠維持長溝道器件的特性并且可靠的運行。

如今的集成電路器件技術已經處于45nm左右，MOS管源極和漏極間的漏電流隨溝道長度的縮小迅速上升。在30nm以下，有必要使用新的器件以獲得較小的漏電流，降低芯片功耗。解決上述問題的方案之一就是采用隧穿晶體管結構。隧穿晶體管是一種漏電流非常小的晶體管，可以進一步縮小電路的尺寸、降低電壓，大大降低芯片的功耗。可是盡管隧穿晶體管可以縮小到20納米，但是其漏電流也在隨器件的縮小而不斷上升。普通隧穿晶體管的驅動電流較MOS晶體管的驅動電流低3-4個數量級，因此需要提高其驅動電流，以提高集成隧穿晶體管的芯片的性能。目前面臨的問題是在提高隧穿晶體管驅動電流的同時往往會導致隧穿晶體管的漏電流上升，這樣就會影響半導體器件的性能。

發明內容

本發明的目的在于提出一種隧穿晶體管結構，該隧穿晶體管的驅動電流得到提升的同時其漏電流也可以得到減小。

本發明提出的隧穿晶體管結構，該隧穿晶體管包括至少一個半導體襯底、一個源極、一個漏極和一個柵極。并采用U形溝道結構，其中，源極采用肖特基結。

所述的半導體襯底為單晶硅、多晶硅、絕緣體上硅(SOI)或者絕緣體上鍺；所述的源極、漏極和柵極是通過自對準金屬硅化物工藝形成的；所述的金屬硅化物是硅化鈦、硅化鈷、硅化鎳、硅化鉑、鍺硅化鎳或者是它們之間的混合物；所述的柵極結構包括至少擁有一個導電層和一個將導電層與半導體襯底隔離的絕緣層；所述的導電層為多晶硅、無定形硅、鎢金屬、氮化鈦、氮化鉭或者金屬硅化物；所述的絕緣層為SiO₂、HfO₂、HfSiO、HfSiON、SiON或Al₂O₃，或者它們之中幾種的混合物。

因為該隧穿晶體管的源極采用肖特基結，其驅動電流得到了提升，同時，由于該隧穿晶體管采用U形溝道結構，其漏電流也得到了抑制。因此，本發明提出的隧穿晶體管在驅動電流得到提高的同時漏電流也得到了減小。

同時，使用不同的肖特基結做為U形溝道的N型隧穿晶體管和P型隧穿晶體管的源極，可以制成類似CMOS的互補隧穿晶體管結構，在此，針對P型隧穿晶體管，使用功函數范圍為3.8-4.61電子伏特的硅化物，針對N型隧穿晶體管，使用功函數范圍為4.611-5.2電子伏特的硅化物材料。

本發明還提供了一種隧穿晶體管的制造方法，該方法包括下列步驟：

提供一個半導體集成電路襯底；在所述襯底上注入離子形成第一種摻雜的區域；利用光刻技術和刻蝕技術形成器件的溝道結構；依次淀積形成氧化物介質層、高K材料介質層、導電層和多晶硅層；對氧化物介質層、高K材料介質層、導電層和多晶硅層進行刻蝕形成器件的柵極結構，并且露出用于形成硅化物源極和漏極的硅區；淀積絕緣介質，再對所述的絕緣介質進行刻蝕形成側墻結構；淀積一層金屬層并退火，使之與所述硅區中的硅形成金屬硅化物；去除殘留的金屬；形成接觸與互連布線。

所述第一種摻雜為n型，或者所述第一種摻雜為p型；所述的絕緣介質為SiO₂、Si₃N₄或者它們之間相混合的絕緣材料。所述氧化物介質層為氧化硅介質層。所述的第一種摻雜區域的一部分被所述的后續的溝道形成工序刻蝕去。

本發明還提供一種集成電路芯片，該芯片上至少有一個半導體器件為前述的隧穿晶體管結構或前述的互補隧穿晶體管結構。