專利名稱：互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計(jì)及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有U形凹槽結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其形成方法。
背景技術(shù)：
長期以來，為了獲得更高的芯片密度、更快的工作速度以及更低的功耗，金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)的特征尺寸不斷按比例縮小，當(dāng)前已經(jīng)進(jìn)入到了超深亞微米和納米尺度的范圍。然而，隨之而來的一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)是出現(xiàn)了短溝道效應(yīng)，例如亞閾值電壓下跌(Vt roll-off)、漏極引起勢(shì)壘降低(DIBL)、源漏穿通(punch through)等效應(yīng)，使得MOSFET器件的亞閾值斜率變差、關(guān)態(tài)泄漏電流顯著增大等現(xiàn)象，從而導(dǎo)致性能發(fā)生惡化。TFET (Tunneling Field Effect Transistor，隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管)是一種基于載流子的隧道穿透效應(yīng)的量子力學(xué)器件，相對(duì)于傳統(tǒng)的MOS晶體管而言，它具有較弱的短溝道效應(yīng)和更小的泄漏電流。TFET晶體管的結(jié)構(gòu)是基于金屬-氧化物-半導(dǎo)體柵控的 P-I-N 二極管，如圖1所示給出了一個(gè)典型的N型溝道TFET。具體地，N型溝道TFET包含一個(gè)P型摻雜的源區(qū)1000’和一個(gè)N型摻雜的漏區(qū)2000’，源區(qū)1000’和漏區(qū)2000’之間被一個(gè)溝道區(qū)3000’所隔離開，溝道區(qū)3000’可以為本征、弱P或弱N型摻雜，其中溝道區(qū)優(yōu)選弱N型摻雜，即N型TFET優(yōu)選形成P+/N—/N+結(jié)構(gòu)，柵堆疊4000，包含一個(gè)位于溝道區(qū)上方的柵介質(zhì)層和一個(gè)柵極導(dǎo)電層。在TFET器件的關(guān)閉狀態(tài)，即沒有施加?xùn)艍簳r(shí)，源區(qū)1000，和漏區(qū)2000，之間形成的結(jié)為反向偏置的二極管，而由反向偏置二極管建立的勢(shì)壘大于通?；パa(bǔ)型MOSFET所建立的勢(shì)壘，因此，這就導(dǎo)致了即使溝道長度非常短的時(shí)候TFET器件的亞閾值泄漏電流和直接隧穿電流大大降低。當(dāng)對(duì)TFET的柵極施加電壓時(shí)，在場(chǎng)效應(yīng)的作用下器件的溝道區(qū)3000’ 產(chǎn)生一個(gè)電子的通道，一旦溝道中的電子濃度發(fā)生簡(jiǎn)并，那么在源區(qū)1000’和溝道區(qū)3000’ 之間就會(huì)形成一個(gè)隧穿結(jié)，隧穿產(chǎn)生的隧穿電流通過這個(gè)隧穿結(jié)。從能帶的角度來看，這種基于柵控P-I-N 二極管結(jié)構(gòu)的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管是通過控制柵極電壓來調(diào)節(jié)源區(qū)1000’和溝道區(qū)3000’之間所形成的PN結(jié)的隧道長度。由此可見，隧道穿透晶體管是一種泄漏電流非常低的晶體管，工作時(shí)電源電壓可以降到0.5伏特甚至0. 1伏特，很適用于面向低功耗的電路芯片應(yīng)用。然而，由于受到帶到帶隧穿幾率的限制，通常意義上的隧道穿透晶體管的驅(qū)動(dòng)電流比傳統(tǒng)MOSFET器件的驅(qū)動(dòng)電流低2至4個(gè)數(shù)量級(jí)。因此，為了提高集成有隧道穿透晶體管的集成電路芯片的性能，必須提高隧道穿透晶體管本身的驅(qū)動(dòng)電流以及降低亞閾值斜率。目前面臨的問題是一方面，為了降低亞閾值斜率，需要使得源區(qū)和溝道區(qū)形成的PN 結(jié)界面處的雜質(zhì)摻雜濃度更加陡峭，但是，傳統(tǒng)的隧道穿透晶體管具有平面結(jié)構(gòu)卻限制了這一要求，大大地增加了工藝步驟的難度和成本；另一方面，在提高隧道穿透晶體管驅(qū)動(dòng)電流的同時(shí)往往會(huì)造成器件處于關(guān)態(tài)時(shí)泄漏電流的增加，使晶體管的性能發(fā)生惡化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明一方面提出了互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括襯底； 形成在所述襯底之上的絕緣層；形成在所述絕緣層之上的第一半導(dǎo)體層，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；形成在所述第一摻雜區(qū)的第一部分之上的第一型 TFET垂直結(jié)構(gòu)和形成在所述第二摻雜區(qū)的第一部分之上的第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第一摻雜區(qū)的第二部分與所述第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為所述互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端；和形成在所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)之間的 U型凹槽柵結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)為N型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)為P型TFET垂直結(jié)構(gòu)，且所述第一摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極為SiGe合金或者純Ge， 所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極為Si和C原子的合金(Si1D，且C原子的原子比例χ為 0. 至 7. 5%。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與地相連，所述P型 TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與電源相連，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端作為所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)和P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的共同柵極，并且與輸入端相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)包括u型柵介質(zhì)層；形成在所述 U型柵介質(zhì)層之上的U型金屬柵電極層；和填充在所述U型金屬柵電極層之中的多晶硅。本發(fā)明另一方面還提出了一種互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，包括以下步驟提供襯底；在所述襯底之上形成絕緣層；在所述絕緣層之上形成第一半導(dǎo)體層，并對(duì)所述第一半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜以形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；在所述第一半導(dǎo)體層之上形成第二半導(dǎo)體層；刻蝕所述第二半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的一部分以形成U型凹槽； 在所述U型凹槽之中形成U型凹槽柵結(jié)構(gòu)；在所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別形成第一型 TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)；刻蝕所述第二半導(dǎo)體層以暴露所述第一摻雜區(qū)的第二部分和所述第二摻雜區(qū)的第二部分，其中，所述第一摻雜區(qū)的第二部分與所述第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為所述互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端；和形成所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)為N型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)為P型TFET垂直結(jié)構(gòu)，且所述第一摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述形成所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極包括刻蝕所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽之中形成SiGe合金或者純Ge源區(qū)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述形成所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極包括刻蝕所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽之中形成Si和C原子的合金(Si^Cx),且C原子的原子比例χ為0. 至7. 5%。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括在所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)、所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，以及所述第一摻雜區(qū)的第二部分和所述第二摻雜區(qū)的第二部分之上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層并形成所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)、所述第一型 TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極的連接線，以及所述漏極輸出端的連接線。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，其中，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與地相連，所述P 型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與電源相連，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端作為所述N型TFET 垂直結(jié)構(gòu)和P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的共同柵極，并且與輸入端相連。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)包括U型柵介質(zhì)層；形成在所述 U型柵介質(zhì)層之上的U型金屬柵電極層；和填充在所述U型金屬柵電極層之中的多晶硅。本發(fā)明互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有U形凹槽結(jié)構(gòu)，NTFET和PTFET分別位于 U形凹槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，共用一個(gè)柵電極，使得晶體管的集成度顯著提升，泄漏電流得到抑制； 同時(shí)，由于該互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管采用了源區(qū)為窄禁帶寬度(相對(duì)于溝道區(qū)半導(dǎo)體的禁帶寬度而言)半導(dǎo)體材料，源區(qū)可以通過具有原位摻雜的外延或者沉積方法形成，使得源區(qū)與溝道區(qū)形成的PN結(jié)的界面附近濃度梯度非常陡峭，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流獲得增強(qiáng)， 亞閾值斜率得到進(jìn)一步減小，功耗減低。本發(fā)明提出的具有U形凹槽結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高集成度、大驅(qū)動(dòng)電流、低功耗、低泄漏電流等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明附加的方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發(fā)明的實(shí)踐了解到。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從下面結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1為一個(gè)典型的η型溝道TFET ；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管俯視圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的等效電路圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管U型凹槽柵結(jié)構(gòu)部分的剖面圖；圖6-21為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法中間步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。下文的公開提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本發(fā)明的公開，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。當(dāng)然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發(fā)明。此外，本發(fā)明可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本發(fā)明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其他工藝的可應(yīng)用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之 “上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。如圖2所示，為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管示意圖。如圖3所示， 為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管俯視圖。如圖4所示，為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的等效電路圖。該互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括襯底1100 ；形成在襯底1100之上的絕緣層1200，以及形成在絕緣層1200之上的第一半導(dǎo)體層1300。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，襯底1100可為Si襯底，絕緣層1200可為SiO2,第一半導(dǎo)體層1300 可為Si、SiGe合金或純Ge等。其中，第一半導(dǎo)體層1300包括第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)。 該互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管還包括形成在第一摻雜區(qū)的第一部分之上的第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)1400和形成在第二摻雜區(qū)的第一部分之上的第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)1500，和形成在第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)1400和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)1500之間的U型凹槽柵結(jié)構(gòu)1600。其中，第一摻雜區(qū)的第二部分與第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端。具體地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，如圖所示，第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)1400為 N型TFET垂直結(jié)構(gòu)，第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)1500為P型TFET垂直結(jié)構(gòu)，且第一摻雜區(qū)為N 型摻雜區(qū)(N+)，第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)(P+)。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，N型TFET垂直結(jié)構(gòu)1400的源極(P+)可為SiGe合金或純Ge，P型TFET垂直結(jié)構(gòu)1500的源極(N+)可為Si和C原子的合金(Si^Cx)，并且可以采用進(jìn)行原位摻雜的技術(shù)例如化學(xué)氣相沉積(CVD)或者分子束外延(MBE)等方法形成，不僅使得源區(qū)的摻雜濃度可以高達(dá)IO21CnT3量級(jí)，而且使得源區(qū)與溝道區(qū)形成的PN結(jié)的界面附近濃度梯度非常陡峭，從而能夠顯著提高器件性能。優(yōu)選地，參照?qǐng)D2至圖4，N型TFET垂直結(jié)構(gòu)1400的源極(P+)與地相連，P型TFET垂直結(jié)構(gòu)1500的源極(N+)與電源相連。如圖5所示，為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管U型凹槽柵結(jié)構(gòu)部分的剖面圖。U型凹槽柵結(jié)構(gòu)1600包括U型柵介質(zhì)層1610、形成在U型柵介質(zhì)層1610之上的U型金屬柵電極層1620、和填充在U型金屬柵電極層1620之中的多晶硅1630。如圖6-21所示，為本發(fā)明實(shí)施例的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法中間步驟示意圖。該方法包括以下步驟步驟S101，提供襯底1100，該襯底100例如可為Si襯底。步驟S102，在襯底1100之上形成絕緣層1200。步驟S103，在絕緣層1200之上形成第一半導(dǎo)體層1300，如圖6所示，該第一半導(dǎo)體層可為Si、SiGe合金或純Ge等。步驟S104，并對(duì)第一半導(dǎo)體層1300進(jìn)行重?fù)诫s以形成第一摻雜區(qū)(N+)和第二摻雜區(qū)(P+)，如圖7所示。步驟S105，在第一半導(dǎo)體層1300之上形成第二半導(dǎo)體層2100，例如Si、SiGe合金或純Ge等，并將其作為晶體管的溝道區(qū)I層，該I層可以是弱N型、弱P型摻雜、甚至可以是本征半導(dǎo)體，如圖8所示。步驟S106，在第二半導(dǎo)體層2100之上形成掩膜層2200和光刻層2300，并刻蝕第二半導(dǎo)體層2100和第一半導(dǎo)體層1300的一部分以形成U型凹槽3000，如圖9和10所示。
步驟S107，分別淀積柵介質(zhì)層1610、金屬柵電極層1620和多晶硅層1630，并刻蝕以形成U型凹槽柵結(jié)構(gòu)，如圖11和12所示。在以下步驟中將在U型凹槽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別形成第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型 TFET垂直結(jié)構(gòu)，具體包括步驟S108，淀積硬掩膜層沈00和光刻膠層2700，如圖13所示。步驟S109，刻蝕N型TFET垂直結(jié)構(gòu)(第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)，圖14中左側(cè)部分) 的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽4100，如圖14所示。步驟Sl 10，去除硬掩膜層沈00和光刻膠2700，并通過選擇性外延在源區(qū)凹槽4100 之中形成SiGe合金或者純Ge源區(qū)5100，如圖15所示。步驟S111，再次淀積硬掩膜層四10和光刻膠層四20，如圖16所示。步驟S112，刻蝕P型TFET垂直結(jié)構(gòu)(第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，圖17中左側(cè)部分) 的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽4200，如圖17所示。步驟S113，去除硬掩膜層四10和光刻膠層四20，并通過選擇性外延在源區(qū)凹槽 4200之中形成Si和C原子的合金(Si1D源區(qū)5200，而且碳原子的原子比例χ為0.
至7.5%，如圖18所示。步驟S114，利用光刻結(jié)合刻蝕技術(shù)，將圖19所示中的ΑΑ’至ΒΒ’部分去掉，以暴露第一摻雜區(qū)(N+)的第二部分和第二摻雜區(qū)(P+)的第二部分，其中，第一摻雜區(qū)(N+)的第二部分與第二摻雜區(qū)(P+)的第二部分相連以作為互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端。 刻蝕完成后，將得到如圖20所所示的結(jié)構(gòu)。步驟S115，去除原有的硬掩膜層四10，重新淀積層間介質(zhì)層5000，并完成平坦化， 如圖21所示。步驟S116，刻蝕層間介質(zhì)層5000并形成U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端、N型TFET 垂直結(jié)構(gòu)的源極和P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極的連接線，以及漏極輸出端的連接線。注意到，漏極輸出端的接觸孔比源極和柵極輸入端的接觸孔位置低，因此，它們可以分別各自形成。其中，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與地相連，所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與電源相連，U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端作為N型TFET和P型TFET的共同柵極，并且與輸入端相連。本發(fā)明互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有U形凹槽結(jié)構(gòu)，NTFET和PTFET分別位于 U形凹槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，共用一個(gè)柵電極，使得晶體管的集成度顯著提升，泄漏電流得到抑制； 同時(shí)，由于該互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管采用了源區(qū)為窄禁帶寬度(相對(duì)于溝道區(qū)半導(dǎo)體的禁帶寬度而言)半導(dǎo)體材料，源區(qū)可以通過具有原位摻雜的外延或者沉積方法形成，使得源區(qū)與溝道區(qū)形成的PN結(jié)的界面附近濃度梯度非常陡峭，從而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)電流獲得增強(qiáng)， 亞閾值斜率得到進(jìn)一步減小，功耗減低。本發(fā)明提出的具有U形凹槽結(jié)構(gòu)的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有高集成度、大驅(qū)動(dòng)電流、低功耗、低泄漏電流等優(yōu)點(diǎn)。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對(duì)這些實(shí)施例進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括 襯底；形成在所述襯底之上的絕緣層；形成在所述絕緣層之上的第一半導(dǎo)體層，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；形成在所述第一摻雜區(qū)的第一部分之上的第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和形成在所述第二摻雜區(qū)的第一部分之上的第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第一摻雜區(qū)的第二部分與所述第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為所述互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端；和形成在所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)之間的U型凹槽柵結(jié)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)為N型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)為P型TFET垂直結(jié)構(gòu)，且所述第一摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。
3.如權(quán)利要求2所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極為SiGe合金或者純Ge，所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極為Si和C原子的合金 SipxCx,且C原子的原子比例χ為0. 至7. 5%。
4.如權(quán)利要求2所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與地相連，所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與電源相連，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端作為所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)和P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的共同柵極，并且與輸入端相連。
5.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)包括U型柵介質(zhì)層；形成在所述U型柵介質(zhì)層之上的U型金屬柵電極層；和填充在所述U型金屬柵電極層之中的多晶硅。
6.一種互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟 提供襯底；在所述襯底之上形成絕緣層；在所述絕緣層之上形成第一半導(dǎo)體層，并對(duì)所述第一半導(dǎo)體層進(jìn)行摻雜以形成第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；在所述第一半導(dǎo)體層之上形成第二半導(dǎo)體層；刻蝕所述第二半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層的一部分以形成U型凹槽； 在所述U型凹槽之中形成U型凹槽柵結(jié)構(gòu)；在所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別形成第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)； 刻蝕所述第二半導(dǎo)體層以暴露所述第一摻雜區(qū)的第二部分和所述第二摻雜區(qū)的第二部分，其中，所述第一摻雜區(qū)的第二部分與所述第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為所述互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端；和形成所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極。
7.如權(quán)利要求6所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)為N型TFET垂直結(jié)構(gòu)，所述第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)為P型TFET垂直結(jié)構(gòu)，且所述第一摻雜區(qū)為N型摻雜區(qū)，所述第二摻雜區(qū)為P型摻雜區(qū)。
8.如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極包括刻蝕所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽之中形成SiGe合金或者純Ge源區(qū)。
9.如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極包括刻蝕所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源區(qū)以形成源區(qū)凹槽；和在所述源區(qū)凹槽之中形成Si和C原子的合金SihCx源區(qū)，且C原子的原子比例χ為 0. 至 7. 5%。
10.如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，還包括在所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)、所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，以及所述第一摻雜區(qū)的第二部分和所述第二摻雜區(qū)的第二部分之上形成層間介質(zhì)層；刻蝕所述層間介質(zhì)層并形成所述U型凹槽柵結(jié)構(gòu)、所述第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極的連接線，以及所述漏極輸出端的連接線。
11.如權(quán)利要求10所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，其中， 所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與地相連，所述P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的源極與電源相連，所述 U型凹槽柵結(jié)構(gòu)的柵極輸入端作為所述N型TFET垂直結(jié)構(gòu)和P型TFET垂直結(jié)構(gòu)的共同柵極，并且與輸入端相連。
12.如權(quán)利要求7所述的互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述U 型凹槽柵結(jié)構(gòu)包括U型柵介質(zhì)層；形成在所述U型柵介質(zhì)層之上的U型金屬柵電極層；和填充在所述U型金屬柵電極層之中的多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明提出一種互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括襯底；形成在所述襯底之上的絕緣層；形成在所述絕緣層之上的第一半導(dǎo)體層，其中，第一半導(dǎo)體層包括第一摻雜區(qū)和第二摻雜區(qū)；形成在第一摻雜區(qū)的第一部分之上的第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和形成在第二摻雜區(qū)的第一部分之上的第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)，第一摻雜區(qū)的第二部分與第二摻雜區(qū)的第二部分相連以作為互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管的漏極輸出端；和形成在第一型TFET垂直結(jié)構(gòu)和第二型TFET垂直結(jié)構(gòu)之間的U型凹槽柵結(jié)構(gòu)。本發(fā)明互補(bǔ)隧道穿透場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有U形凹槽結(jié)構(gòu)，NTFET和PTFET分別位于U形凹槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)，共用一個(gè)柵電極，使得晶體管的集成度顯著提升，泄漏電流得到抑制。
文檔編號(hào)H01L29/423GK102184955SQ20111008661
公開日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月7日
發(fā)明者梁仁榮, 王敬, 許軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)