無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提出一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，包括：襯底；襯墊層，襯墊層位于襯底之上；溝道層，溝道層位于襯墊層之上，包括位于中間的溝道區(qū)和位于溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型相同；源極，源極包覆源區(qū)的上方、側(cè)方及下方，源極包覆溝道區(qū)的下方并且與溝道區(qū)形成肖特基接觸；漏極，漏極包覆漏區(qū)的上方及側(cè)方；以及柵堆疊結(jié)構(gòu)，柵堆疊結(jié)構(gòu)位于溝道區(qū)之上。該無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管具有的結(jié)構(gòu)簡單、隧穿電流大、能有效抑制短溝道效應(yīng)等優(yōu)點。本發(fā)明還提出一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法。
【專利說明】無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無結(jié)型隧道場效應(yīng)晶體管(JunctionlessTunneling Field Effect Transistor,JLTFET)因為具有關(guān)態(tài)漏電小，亞閾值擺幅低，有效克服短溝道效應(yīng)的優(yōu)點而廣泛應(yīng)用。
[0003]現(xiàn)有的JLTFET的溝道摻雜濃度為較低的摻雜，并且源區(qū)和漏區(qū)具有不同類型的摻雜濃度，源極金屬僅僅在源區(qū)上方或者側(cè)面。該JLTFET有關(guān)態(tài)漏電小，亞閾值擺幅低，有效克服短溝道效應(yīng)的優(yōu)點。但是，現(xiàn)有的JLTFET由于難以獲得理想的摻雜濃度，導(dǎo)致實際生產(chǎn)出的器件仍存在開態(tài)電流低、亞閾值擺幅仍然較大的問題。因此亟需提出一種新的JLTFET 器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本發(fā)明的目的在于提出一種隧穿電流大的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
[0005]根據(jù)本發(fā)明第一方面實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，包括:襯底；襯墊層，所述襯墊層位于所述襯底之上；溝道層，所述溝道層位于所述襯墊層之上，包括位于中間的溝道區(qū)和位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型相同；源極，所述源極包覆所述源區(qū)的上方、側(cè)方及下方，所述源極包覆所述溝道區(qū)的下方并且與所述溝道區(qū)形成肖特基接觸；漏極，所述漏極包覆所述漏區(qū)的上方及側(cè)方；以及柵堆疊結(jié)構(gòu)，所述柵堆疊結(jié)構(gòu)位于所述溝道區(qū)之上。
[0006]根據(jù)本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管至少具有以下優(yōu)點:(I)器件中只有一種摻雜類型，工藝難度小，工藝步驟簡化；(2)橫向隧穿有利于增大隧穿截面積，器件的隧穿電流較大；(3)溝道層的厚度較小，隧穿長度較短，隧穿電流較大。(4)器件的開態(tài)電流大。
[0007]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管還具有如下附加技術(shù)特征:
[0008]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為N型時，所述源極的材料的功函數(shù)高于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
[0009]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為P型時，所述源極的材料的功函數(shù)低于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
[0010]在本發(fā)明的一個實施例中，所述源極的材料為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、
金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中的一種或多種的組合。
[0011 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向逐漸降低。[0012]在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述溝道層沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向的材料為Sil_xGex/S1、Gel_ySny/Ge或Ge/SiGe/Si, X和y的取值范圍為O至I。
[0013]在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層的厚度小于50nm。
[0014]無結(jié)型隧穿場效應(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襯墊層，并在所述襯墊層頂部表面形成沉積窗口 ；形成臺階狀結(jié)構(gòu)的犧牲層，所述犧牲層包括交錯堆疊的第一犧牲結(jié)構(gòu)和第二犧牲結(jié)構(gòu)，所述第一犧牲結(jié)構(gòu)填充所述沉積窗口，所述第二犧牲結(jié)構(gòu)位于所述襯墊層與所述第一犧牲結(jié)構(gòu)的單側(cè)交界處的上方；所述襯墊層之上形成溝道層，所述溝道層包括位于中間的溝道區(qū)和位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型相同，所述溝道區(qū)覆蓋所述第一犧牲結(jié)構(gòu)的頂部表面，所述源區(qū)與所述第二犧牲結(jié)構(gòu)的側(cè)面相鄰接；去除所述犧牲層；在所述溝道區(qū)之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)；形成源極，所述源極填充所述犧牲層被去除后形成的空隙，所述源極包覆所述源區(qū)的上方、側(cè)方及下方，所述源極包覆所述溝道區(qū)的下方并且與所述溝道區(qū)形成肖特基接觸；以及形成漏極，所述漏極包覆所述漏區(qū)的上方及側(cè)方。
[0015]根據(jù)本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法至少具有以下優(yōu)點:
(I)器件中只有一種摻雜類型，工藝難度小，工藝步驟簡化；(2)橫向隧穿有利于增大隧穿截面積，器件的隧穿電流較大；(3)溝道層的厚度較小，隧穿長度較短，隧穿電流較大。(4)器件的開態(tài)電流大。
[0016]另外，根據(jù)本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法還具有如下附加技術(shù)特征:
[0017]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為N型時，所述源極的材料的功函數(shù)高于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
[0018]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為P型時，所述源極的材料的功函數(shù)低于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
[0019]在本發(fā)明的一個實施例中，所述源極的材料為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、
金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中的一種或多種的組合。
[0020]在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向逐漸降低。
[0021]在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述溝道層沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向的材料為Sil_xGex/S1、Gel_ySny/Ge或Ge/SiGe/Si,其中x和y的取值范圍為0-1。
[0022]在本發(fā)明的一個實施例中，所述溝道層的厚度小于50nm。
[0023]本發(fā)明的附加方面和優(yōu)點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)明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]本發(fā)明的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0025]圖1是本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；[0026]圖2本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管在關(guān)態(tài)時的工作原理圖；
[0027]圖3本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管在開態(tài)時的工作原理圖；
[0028]圖4是本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法的流程圖；和
[0029]圖5a至圖5h是本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法的具體過程示意圖。
【具體實施方式】
[0030]下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號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施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0031]在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“長度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順時針”、“逆時針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0032]此外，術(shù)語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本發(fā)明的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0033]在本發(fā)明中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。
[0034]本發(fā)明第一方面提出一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明一個實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，包括:襯底10、襯墊層20、溝道層30、源極40、漏極50和柵堆疊結(jié)構(gòu)60。具體地:襯墊層20位于襯底10之上。溝道層30位于襯墊層20之上，包括位于中間的溝道區(qū)301和位于溝道區(qū)301兩側(cè)的源區(qū)302和漏區(qū)303，其中，溝道區(qū)301、源區(qū)302和漏區(qū)303的摻雜類型相同。源極40包覆源區(qū)302的上方、側(cè)方及下方，包覆溝道區(qū)301的下方并且與溝道區(qū)301形成肖特基接觸。漏極50包覆漏區(qū)303的上方及側(cè)方。柵堆疊結(jié)構(gòu)60位于溝道區(qū)301之上。通常地，柵堆疊結(jié)構(gòu)60進一步包括柵介質(zhì)層601、柵電極602和兩側(cè)的側(cè)墻603。
[0036]在本發(fā)明的一個實施例中，襯底10可為體硅、絕緣體上硅(SOI)、Ge片、砷化鎵、藍寶石、GaN或其他三五族半導(dǎo)體材料。
[0037]在本發(fā)明的一個實施例中，襯墊層20可為輕摻雜或者本征的硅材料，也可以為單晶的稀土氧化物材料，例如氧化鈹(BeO)。襯墊層20的作用在于為埋于溝道區(qū)301下方的部分源極提供襯墊空間，同時也為外延生長犧牲層提供籽晶，以形成晶格質(zhì)量良好的犧牲層結(jié)構(gòu)。
[0038]在本發(fā)明的一個實施例中，優(yōu)選地，采用絕緣體上硅(SOI)同時作為襯底10和襯墊層20，具有結(jié)構(gòu)簡單、成本較低的優(yōu)點。
[0039]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)溝道層30的摻雜類型為N型時，源極40的材料的功函數(shù)高于溝道層30的材料的功函數(shù)。例如，當(dāng)溝道層30材料為Si時，源極40材料可以為Pt、Co、N1、Pd等等。設(shè)置上述條件的原因有三個:其一，是為了使源極與溝道區(qū)的接觸處形成肖特基接觸；其二，是這樣的組合可以在源極與溝道區(qū)形成較高的肖特基勢壘高度，不僅僅有利于抑制電子通過熱電子發(fā)射越過勢壘形成關(guān)態(tài)漏電流，同時也使溝道區(qū)內(nèi)部能帶向下彎曲，利于隧穿的發(fā)生；其三，可以使得在源極與溝道區(qū)之間形成勢壘，降低流經(jīng)底部源極的關(guān)態(tài)漏電流。
[0040]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)溝道層30的摻雜類型為P型時，源極40的材料的功函數(shù)低于溝道層30的材料的功函數(shù)。例如當(dāng)溝道層30材料為Si時，源極40材料可以為Al、Ta、Mo、Zr、Hf、Ti等等。設(shè)置上述條件的原因有三個:其一，是為了使源極與溝道區(qū)的接觸處形成肖特基接觸；其二，是這樣的組合可以在源極與溝道區(qū)形成較高的肖特基勢壘高度，不僅僅有利于抑制空穴通過熱電子發(fā)射越過勢壘形成關(guān)態(tài)漏電流，同時也使溝道區(qū)內(nèi)部能帶向下彎曲，利于隧穿的發(fā)生；其三，可以使得在源極與溝道區(qū)之間形成勢壘，降低流經(jīng)底部源極的關(guān)態(tài)漏電流。在本發(fā)明的一個實施例中，源極40的材料可以為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物等等多種材料中的一種或多種的組合。
[0041]需要說明的是，漏極50的材料的功函數(shù)不受限制，可以根據(jù)需要靈活選擇。優(yōu)選地，選擇能與溝道層30形成歐姆接觸的材料。常見的漏極50的材料可為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中等等多種材料中的一種或多種的組合。
[0042]溝道層30的下部(即臨近襯底10的部分)采用較低的摻雜濃度，是為了保證底部源極40與溝道層30能形成良好的肖特基接觸而非歐姆接觸，這樣能夠保證晶體管在開啟狀態(tài)下具有較大的隧穿電流，并且能夠抑制關(guān)態(tài)電流。
[0043]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著柵堆疊結(jié)構(gòu)60至襯底10方向逐漸降低。即在溝道層30中形成N+/N-或P+/P-分布結(jié)構(gòu)。其中N+區(qū)域摻雜濃度可以為1018-102°cnT3而N-區(qū)域摻雜濃度可以為IO16-1O17cnT3 ；或者，其中P+區(qū)域摻雜濃度可以為1018-102°cm_3和P-區(qū)域摻雜濃度可以為1016-1017cm_3。載流子在溝道層中的運動主要有兩種形式。第一種，是載流子隧穿過肖特基勢壘由源極進入溝道層內(nèi)部；第二種，則是載流子在漏極電場下的漂移運動。溝道層30的下部(即臨近襯底10的部分)采用較低的摻雜濃度，是為了保證源極40的底部部分與溝道層30能形成良好的肖特基接觸而非歐姆接觸，這樣能夠保證本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管在開啟狀態(tài)下具有較大的隧穿電流，同時能夠抑制關(guān)態(tài)電流。在溝道層30的上部(即臨近柵堆疊結(jié)構(gòu)60的部分)采用較高的摻雜濃度，為溝道層30內(nèi)部載流子的漂移運動提供一個低阻通路，能夠進一步提高開態(tài)電流。與此同時，較高的摻雜濃度也有利于器件一側(cè)的源極40的頂部部分與源區(qū)302形成歐姆接觸，可以減小串聯(lián)電阻的影響。
[0044]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，溝道層30沿著柵堆疊結(jié)構(gòu)60至襯底10方向的材料為y的取值范圍為O至I。即溝道層30的材料結(jié)構(gòu)由兩層或多層材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。此時溝道層30的內(nèi)部在垂直方向形成了異質(zhì)結(jié)，能夠增大載流子的隧穿概率，并且有利于抑制反向的關(guān)態(tài)泄漏電流。與此同時，還可以在溝道層30內(nèi)部引入應(yīng)變，能夠提高溝道內(nèi)載流子的遷移率，補償部分因重摻雜而帶來的遷移率的損失。
[0045]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30的厚度小于50nm。原因有兩二:第一，厚度越薄，在相同的外置偏壓下，柵對溝道內(nèi)的控制能力就越強，溝道內(nèi)部沿著垂直于溝道長度方向的能帶彎曲越大，使得溝道內(nèi)部的隧穿更容易發(fā)生。第二，厚度薄也是為了隔離源區(qū)和漏區(qū)，以起到關(guān)閉溝道的作用，如果溝道層很厚，無法將溝道內(nèi)部耗盡，那么就有可能產(chǎn)生源區(qū)-溝道區(qū)-漏區(qū)的導(dǎo)電通路，器件無法關(guān)斷。
[0046]在本發(fā)明的一個實施例中，如果溝道層的摻雜類型為N型，為了在低柵壓下將溝道耗盡，即關(guān)斷溝道，需要使柵極602的材料的功函數(shù)低于溝道層30的材料的功函數(shù)。
[0047]在本發(fā)明的一個實施例中，如果溝道層的摻雜類型為P型，為了在低柵壓將溝道耗盡，即關(guān)斷溝道，需要使柵極602的材料的功函數(shù)高于溝道層30的材料的功函數(shù)。
[0048]為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明， 申請人:結(jié)合圖2和圖3對本發(fā)明實施例的以溝道摻雜濃度為N型為例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的開態(tài)和關(guān)態(tài)時的工作原理進行介紹。
[0049]如圖2所示，當(dāng)柵極上施加較低的電壓時，由于柵具有較低的功函數(shù)，所以溝道層內(nèi)部的重摻雜層被完全耗盡，阻斷了由源區(qū)到漏區(qū)之間的導(dǎo)電通路。與此同時，將溝道層的電勢降低(能帶向上移動)，使得底部源極與溝道層之間形成的肖特基接觸無法產(chǎn)生隧穿電流。因此，源極與漏極之間的電流通路被隔斷，器件處于關(guān)態(tài)。
[0050]如圖3所示，當(dāng)柵極上施加較高的電壓時，被柵極所耗盡的耗盡層的厚度不斷減小，溝道內(nèi)部的電勢不斷升高(能帶下移)。當(dāng)柵壓增加到一定程度時，溝道層中出現(xiàn)未耗盡的部分。此部分富含電子，使得源區(qū)與漏區(qū)之間形成導(dǎo)電通路，器件導(dǎo)通。于此同時，由于未耗盡部分的存在，使得漏極電壓被施加在底部的肖特基接觸上，再加之溝道電勢升高，肖特基勢壘厚度降低，肖特基接觸將產(chǎn)生隧穿電流。因此，在器件導(dǎo)通的時候，存在兩種電流成分:第一種是由源區(qū)到漏區(qū)流經(jīng)溝道內(nèi)部的未耗盡層的漂移電流；第二種是經(jīng)過底部肖特基接觸，由源極隧穿進入溝道內(nèi)部的隧穿電流。
[0051]綜上所述，本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管至少具有以下優(yōu)點:
[0052](I)器件中只有一種摻雜類型，工藝難度小，工藝步驟簡化；
[0053](2)橫向隧穿有利于增大隧穿截面積，器件的隧穿電流較大；
[0054](3)溝道層的厚度較小，隧穿長度較短，隧穿電流較大。
[0055](4)器件的開態(tài)電流大。
[0056]本發(fā)明第一方面提出一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法。
[0057]如圖4所示，本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法包括以下步驟:
[0058]S1.提供襯底10，參見圖5a。
[0059]在本發(fā)明的一個實施例中，襯底10可為體硅、絕緣體上硅(SOI)、Ge片、砷化鎵、藍寶石、GaN或其他三五族半導(dǎo)體材料。
[0060]S2.在襯底10之上形成襯墊層201，并在襯墊層20頂部表面形成沉積窗口。參見圖5b ο
[0061 ] 在本發(fā)明的一個實施例中，襯墊層20可為輕摻雜或者本征的硅材料以及稀土氧化物材料，優(yōu)選為單晶的稀土氧化物或單晶的氧化鈹?shù)炔牧?。[0062]需要說明的是，優(yōu)選地，提供采用絕緣體上硅(SOI)同時作為襯底10和襯墊層20，然后在絕緣體上硅(SOI)頂部表面形成沉積窗口，可以將步驟SI和S2同時完成，具有工藝簡單、成本較低的優(yōu)點。
[0063]S3.形成臺階狀結(jié)構(gòu)的犧牲層201，該犧牲層201包括交錯堆疊的第一犧牲結(jié)構(gòu)201a和第二犧牲結(jié)構(gòu)201b，第一犧牲結(jié)構(gòu)201a填充沉積窗口，第二犧牲結(jié)構(gòu)201b位于襯墊層20與第一犧牲結(jié)構(gòu)201a的單側(cè)交界處的上方。參見圖5c。
[0064]在本發(fā)明的一個實施例中，襯墊層201可為鍺硅或者氧化鈹。需要注意的是，襯墊層201和溝道層30的材料不同，以便于后續(xù)步驟中進行選擇性去除。
[0065]S4.襯墊層20之上形成溝道層30，溝道層30包括位于中間的溝道區(qū)301和位于溝道區(qū)301兩側(cè)的源區(qū)302和漏區(qū)303，其中，溝道區(qū)301、源區(qū)302和漏區(qū)303的摻雜類型相同，溝道區(qū)301覆蓋第一犧牲結(jié)構(gòu)201a的頂部表面，源區(qū)40與第二犧牲結(jié)構(gòu)201b的側(cè)面相鄰接。參見圖5d。
[0066]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著柵堆疊結(jié)構(gòu)60至襯底10方向逐漸降低。即在溝道層30中形成N+/N-或P+/P-分布結(jié)構(gòu)。其中N+區(qū)域摻雜濃度可以為1018-102°cnT3而N-區(qū)域摻雜濃度可以為IO16-1O17cnT3 ；或者，其中P+區(qū)域摻雜濃度可以為1018-102°cm_3和P-區(qū)域摻雜濃度可以為1016-1017cm_3。載流子在溝道層中的運動主要有兩種形式。第一種，是載流子隧穿過肖特基勢壘由源極進入溝道層內(nèi)部；第二種，則是載流子在漏極電場下的漂移運動。溝道層30的下部(即臨近襯底10的部分)采用較低的摻雜濃度，是為了保證源極40的底部部分與溝道層30能形成良好的肖特基接觸而非歐姆接觸，這樣能夠保證本發(fā)明實施例的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管在開啟狀態(tài)下具有較大的隧穿電流，同時能夠抑制關(guān)態(tài)電流。在溝道層30的上部(即臨近柵堆疊結(jié)構(gòu)60的部分)采用較高的摻雜濃度，為溝道層30內(nèi)部載流子的漂移運動提供一個低阻通路，能夠進一步提高開態(tài)電流。與此同時，較高的摻雜濃度也有利于器件一側(cè)的源極40的頂部部分與源區(qū)302形成歐姆接觸，可以減小串聯(lián)電阻的影響。
[0067]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，溝道層30沿著柵堆疊結(jié)構(gòu)60至襯底10方向的材料為Sil-xGex/S1、Gel_ySny/Ge或Ge/SiGe/Si，x和y的取值范圍為O至I。即溝道層30的材料結(jié)構(gòu)由兩層或多層材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)組成。此時溝道層30的內(nèi)部在垂直方向形成了異質(zhì)結(jié)，能夠增大載流子的隧穿概率，并且有利于抑制反向的關(guān)態(tài)泄漏電流。與此同時，還可以在溝道層30內(nèi)部引入應(yīng)變，能夠提高溝道內(nèi)載流子的遷移率，補償部分因重摻雜而帶來的遷移率的損失。
[0068]在本發(fā)明的一個實施例中，溝道層30的厚度小于50nm。原因有兩二:第一，厚度越薄，在相同的外置偏壓下，柵對溝道內(nèi)的控制能力就越強，溝道內(nèi)部沿著垂直于溝道長度方向的能帶彎曲越大，使得溝道內(nèi)部的隧穿更容易發(fā)生。第二，厚度薄也是為了隔離源區(qū)和漏區(qū)，以起到關(guān)閉溝道的作用，如果溝道層很厚，無法將溝道內(nèi)部耗盡，那么就有可能產(chǎn)生源區(qū)-溝道區(qū)-漏區(qū)的導(dǎo)電通路，器件無法關(guān)閉。
[0069]S5.去除犧牲層201。參見圖5e。
[0070]在本發(fā)明的一個實施例中，通過高選擇比的選擇性刻蝕或濕法腐蝕，可以選擇性的將犧牲層去掉，以達到將溝道下方掏空的目的，用來引出源極電極。
[0071]S6.在溝道區(qū)301之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)60。參見圖5f。[0072]通常地，柵堆疊結(jié)構(gòu)60進一步包括柵介質(zhì)層601、柵電極602和兩側(cè)的柵側(cè)墻603。
[0073]S7.形成源極40，源極40填充犧牲層201被去除后形成的空隙，包覆源區(qū)302的上方、側(cè)方及下方，并且包覆溝道區(qū)301的下方。形成源極的方法優(yōu)選物理氣相沉積(PVD)、原子層沉積(atomic layer deposition)等技術(shù),參見圖5g。
[0074]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)溝道層30的摻雜類型為N型時，源極40的材料的功函數(shù)高于溝道層30的材料的功函數(shù)。例如，當(dāng)溝道層30材料為Si時，源極40材料可以為Pt、Co、N1、Pd等等。設(shè)置上述條件的原因有三個:其一，是為了使源極與溝道區(qū)的接觸處形成肖特基接觸；其二，是這樣的組合可以在源極與溝道區(qū)形成較高的肖特基勢壘高度，不僅僅有利于抑制電子通過熱電子發(fā)射越過勢壘形成關(guān)態(tài)漏電流，同時也使溝道區(qū)內(nèi)部能帶向下彎曲，利于隧穿的發(fā)生；其三，可以使得在源極與溝道區(qū)之間形成勢壘，降低流經(jīng)底部源極的關(guān)態(tài)漏電流。
[0075]在本發(fā)明的一個實施例中，當(dāng)溝道層30的摻雜類型為P型時，源極40的材料的功函數(shù)低于溝道層30的材料的功函數(shù)。例如當(dāng)溝道層30材料為Si時，源極40材料可以為Al、Ta、Mo、Zr、Hf、Ti等等。設(shè)置上述條件的原因有三個:其一，是為了使源極與溝道區(qū)的接觸處形成肖特基接觸；其二，是這樣的組合可以在源極與溝道區(qū)形成較高的肖特基勢壘高度，不僅僅有利于抑制空穴通過熱電子發(fā)射越過勢壘形成關(guān)態(tài)漏電流，同時也使溝道區(qū)內(nèi)部能帶向下彎曲，利于隧穿的發(fā)生；其三，可以使得在源極與溝道區(qū)之間形成勢壘，降低流經(jīng)底部源極的關(guān)態(tài)漏電流。
[0076]在本發(fā)明的一個實施例中，源極40的材料可為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中等等多種材料中的一種或多種的組合。
[0077]S8.形成漏極50，漏極50包覆漏區(qū)303的上方及側(cè)方。參見圖5h。
[0078]需要說明的是，漏極50的材料的功函數(shù)不受限制，可以根據(jù)需要靈活選擇。優(yōu)選地，選擇能與溝道層30形成歐姆接觸的材料。常見的漏極50的材料可為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中等等多種材料中的一種或多種的組合。
[0079]需要說明的是，步驟S5-S8的順序可以根據(jù)實際情況靈活調(diào)整，僅需要保證先執(zhí)行S5后執(zhí)行S7即可，即只需要保證先去除犧牲層后形成源極即可，其他順序的方案并不改變本發(fā)明的實質(zhì)。
[0080]綜上所述，本發(fā)明的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法至少具有以下優(yōu)點:
[0081](I)僅需進行一種類型摻雜，降低了工藝難度，減少了工藝步驟；
[0082](2)橫向隧穿有利于增大隧穿截面積，以提升隧穿電流；
[0083](3)通過控制溝道層厚度，可以有效降低隧穿長度，增大隧穿電流；
[0084](4)器件的開態(tài)電流大。
[0085]在本說明書的描述中，參考術(shù)語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點包含于本發(fā)明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術(shù)語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0086]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括: 襯底； 襯墊層，所述襯墊層位于所述襯底之上； 溝道層，所述溝道層位于所述襯墊層之上，包括位于中間的溝道區(qū)和位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型相同； 源極，所述源極包覆所述源區(qū)的上方、側(cè)方及下方，所述源極包覆所述溝道區(qū)的下方并且與所述溝道區(qū)形成肖特基接觸； 漏極，所述漏極包覆所述漏區(qū)的上方及側(cè)方；以及 柵堆疊結(jié)構(gòu)，所述柵堆疊結(jié)構(gòu)位于所述溝道區(qū)之上。
2.如權(quán)利要求1所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為N型時，所述源極的材料的功函數(shù)高于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
3.如權(quán)利要求1所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為P型時，所述源極的材料的功函數(shù)低于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
4.如權(quán)利要求1-3所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述源極的材料為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中的一種或多種的組合。
5.如權(quán)利要求1-3所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道層的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向逐漸降低。
6.如權(quán)利要求1-3所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述溝道層沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向的材料為SihGe^S1、Gel-ySny/Ge或Ge/SiGe/Si，x和y的取值范圍為O至1。
7.如權(quán)利要求1-3所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述溝道層的厚度小于50nmo
8.一種無結(jié)型隧穿場效應(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襯墊層，并在所述襯墊層頂部表面形成沉積窗口 ； 形成臺階狀結(jié)構(gòu)的犧牲層，所述犧牲層包括交錯堆疊的第一犧牲結(jié)構(gòu)和第二犧牲結(jié)構(gòu)，所述第一犧牲結(jié)構(gòu)填充所述沉積窗口，所述第二犧牲結(jié)構(gòu)位于所述襯墊層與所述第一犧牲結(jié)構(gòu)的單側(cè)交界處的上方； 所述襯墊層之上形成溝道層，所述溝道層包括位于中間的溝道區(qū)和位于所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述溝道區(qū)、源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型相同，所述溝道區(qū)覆蓋所述第一犧牲結(jié)構(gòu)的頂部表面，所述源區(qū)與所述第二犧牲結(jié)構(gòu)的側(cè)面相鄰接； 去除所述犧牲層； 在所述溝道區(qū)之上形成柵堆疊結(jié)構(gòu)； 形成源極，所述源極填充所述犧牲層被去除后形成的空隙，所述源極包覆所述源區(qū)的上方、側(cè)方及下方，所述源極包覆所述溝道區(qū)的下方并且與所述溝道區(qū)形成肖特基接觸；以及 形成漏極，所述漏極包覆所述漏區(qū)的上方及側(cè)方。
9.如權(quán)利要求8所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為N型時，所述源極的材料的功函數(shù)高于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
10.如權(quán)利要求8所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，當(dāng)所述溝道層的摻雜類型為P型時，所述源極的材料的功函數(shù)低于所述溝道層的材料的功函數(shù)。
11.如權(quán)利要求8-10所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述源極的材料為Pt、Au、N1、Co、Al、Cu、金屬硅化物、金屬鍺硅化物或金屬鍺化物中的一種或多種的組合。
12.如權(quán)利要求8-10所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述溝道層的雜質(zhì)摻雜濃度具有梯度分布，其中，摻雜濃度沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向逐漸降低。
13.如權(quán)利要求8-10所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述溝道層為復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，所述溝道層沿著所述柵堆疊結(jié)構(gòu)至所述襯底方向的材料為Sil_xGex/S1、Gel_ySny/Ge 或 Ge/SiGe/Si，其中 x 和 y 的取值范圍為 0-1。
14.如權(quán)利要求8-10所述的無結(jié)型隧穿場效應(yīng)晶體管的形成方法，其特征在于，所述溝道層的厚 度小于50nm。
【文檔編號】H01L29/36GK103606563SQ201310499924
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】劉立濱, 蔣春生, 梁仁榮, 王敬, 許軍 申請人:清華大學(xué)