[發明專利]異質柵隧穿晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201210112464.2
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102629627A
• 公開（公告）日: 2012-08-08
• 發明（設計）人: 梁仁榮;劉立濱;王敬;許軍
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 張大威

技術領域

本發明涉及半導體器件設計及制造技術領域，特別涉及一種基于后柵工藝、具有真空或空氣側墻和柵漏間隔結構的異質柵隧穿晶體管及其形成方法。

背景技術

隨著特征尺寸不斷按比例縮小，單個晶體管尺寸逐漸達到物理和技術的雙重極限，集成電路面臨諸多由材料和器件基本原理引起的小尺寸效應，導致器件性能發生惡化，為此，人們提出了改進措施，其中，尤為突出的是隧穿場效應晶體管(Tunneling?Field?Effect?Transistor，TFET)。由于隧穿場效應晶體管的尺寸越來越小，特別是對于窄能帶材料，例如Ge、InAs、InSb等材料，傳統的結構并不能很好的抑制器件的Ambipolar?effect效應(雙極導通效應)，導致關態電流急劇上升；同時，隨著特征尺寸的減小，器件的電容尤其是柵漏電容Cgd占的比重越大，使得器件的工作速度下降。目前現有技術的缺點是TFET器件的性能還有待提高。

發明內容

本發明的目的旨在解決上述技術缺陷，特別是要解決TFET器件的性能還有待提高的缺陷。本發明基于后柵工藝，在工藝中引入具有真空或空氣側墻和柵漏間隔結構的異質柵隧穿晶體管的方法，提高TFET器件的性能。

本發明實施例中異質柵隧穿晶體管包括：襯底；形成在所述襯底之中的溝道區，以及形成所述襯底之中及位于所述溝道區兩側的源區和漏區，其中，所述漏區和所述源區的摻雜類型相反；形成在所述溝道區之上的柵堆疊，其中，所述柵堆疊包括：柵介質層；沿著從所述源區到所述漏區方向分布的且形成在所述柵介質層之上的第一柵電極和第二柵電極，且第一柵電極和第二柵電極具有不同的功函數；分別位于所述第一柵電極和第二柵電極兩側的第一真空或空氣側墻和第二真空或空氣側墻；其中，所述柵介質層的邊緣與漏區的邊緣具有一定的距離以使所述第二真空或空氣側墻不覆蓋所述漏區。在本發明的一個實施例中，當所述異質柵隧穿晶體管為n型異質柵隧穿晶體管時，所述襯底具有n型高電阻率、p型高電阻率或者為本征半導體材料，所述漏區為n型重摻雜，所述源區為p型重摻雜。

在本發明的一個實施例中，當所述異質柵隧穿晶體管為p型異質柵隧穿晶體管時，所述襯底具有n型高電阻率、p型高電阻率或者為本征半導體材料，所述漏區為p型重摻雜，所述源區為n型重摻雜。

在本發明實施例中，半導體襯底可以是絕緣層上單晶硅襯底或者晶圓，可以進一步減小晶體管的襯底泄漏電流；也可以是其它類型的半導體襯底，例如，單晶硅、單晶鍺、單晶鍺硅(Silicon?Germanium)、多晶硅、多晶鍺硅、絕緣層上鍺襯底、碳納米管、石墨烯(graphene)、GaAs襯底、InAs襯底、InSb襯底、GaSb襯底等。

本發明實施例的技術方案包括以下工藝流程：

步驟1.形成襯底，在襯底上形成半絕緣或絕緣層，并在其上形成半導體材料；在本發明的一個實例中，當制備n型異質柵隧穿晶體管時，將襯底摻雜成具有n型高電阻率或者p型高電阻率或者為本征半導體材料，優選n型高電阻率；n型隧穿場效應晶體管的漏區可為n型重摻雜，源區為p型重摻雜；隧穿場效應晶體管對襯底摻雜類型的選擇并沒有像傳統的金屬氧化物半導體場效應晶體管那樣嚴格限制，因為金屬氧化物半導體場效應晶體管依賴的是溝道區雜質的反型，而隧穿場效應晶體管的原理是基于柵極控制的反向偏置的p-i-n結的隧穿，其中i層既可以為輕摻雜層，或可以為本征層。

步驟2.采用自對準的半導體金屬化合物工藝，形成源區和漏區的歐姆接觸層，并重新沉積中間介質層材料，使其平坦化，該平坦化過程要恰到好處，直至恰好暴露出Si₃N₄層立即中止該項操作。

步驟3.利用光刻結合刻蝕技術，將偽柵材料去除，同時保留偽柵介質材料，開出柵窗口，利用斜角蒸發或沉積技術，形成第一柵電極；在第一柵電極和偽柵介質層之上積淀形成第二柵電極；利用化學拋光技術，依次將多余的第二柵電極和第一柵電極去除，直至恰好暴露出Si₃N₄層立即中止該項操作；利用高選擇比的濕法或干法工藝，將第一柵側墻材料Si₃N₄去除；所述第一柵電極具有第一功函數，所述第二柵電極具有第二功函數，其中，所述第一功函數小于所述第二功函數至少0.1eV。

步驟4.再次沉積平坦化的中間介質層，將原來的Si₃N₄側墻上方的缺口密封起來，從而最終形成真空或空氣側墻；形成柵、源、漏區的接觸孔，并形成金屬互連，至此，完成n型異質柵隧穿晶體管的制作。