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)體制造領(lǐng)域，尤其是涉及一種隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 為了能將半導(dǎo)體器件應(yīng)用在超低壓低功耗領(lǐng)域，采用新型導(dǎo)通機制而獲得超睹亞 闊值斜率的器件結(jié)構(gòu)和工藝制備方法已經(jīng)成為小尺寸器件下大家關(guān)注的焦點。近些年來 研究者們提出了一種可能的解決方案，就是采用隧穿場效應(yīng)晶體管（TunnelFieldEffect transistor,TFET)。隧穿場效應(yīng)晶體管不同于傳統(tǒng)的金屬-氧化層-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (M0SFET)，隧穿場效應(yīng)晶體管的源漏慘雜類型相反，利用柵極控制反向偏置的P-I-N結(jié)的 帶-帶隧穿實現(xiàn)導(dǎo)通，能突破傳統(tǒng)M0S陽T亞闊值斜率60mV/dec的限制。
[0003] 現(xiàn)有一種隧穿場效應(yīng)晶體管如圖1所示，其包括位于半導(dǎo)體襯底(未示出）上的絕 緣層101，位于絕緣層（insulator) 101上的半導(dǎo)體層103,位于半導(dǎo)體層103兩側(cè)的源區(qū) 102和漏區(qū)104,其中源區(qū)102和漏區(qū)104的慘雜類型相反，位于半導(dǎo)體層103上的柵堆疊 結(jié)構(gòu)，所述柵堆疊結(jié)構(gòu)包括位于半導(dǎo)體層103上的柵介質(zhì)層105和柵極106。
[0004] 然而，現(xiàn)有隧穿場效應(yīng)晶體管受源結(jié)隧穿幾率和隧道面積的限制，其面臨著開態(tài) 電流小和亞闊值擺幅下降的問題。雖然新的隧穿場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)方式已經(jīng)被提出，例如 綠色陽T，但是，由于抑制邊緣隧道組件（lateral化nnelingcomponent)或減小關(guān)態(tài)電 流（off-statecurrent)的困難，高的驅(qū)動電流W及低于60mV/dec的擺幅從來沒有被實 現(xiàn)?？傊?，盡管隧穿場效應(yīng)晶體管的仿真結(jié)果非常吸引人，但是，由于低的驅(qū)動電流（化ive current)和被降級的亞闊值擺幅（subt虹esholdswing),隧穿場效應(yīng)晶體管的實驗結(jié)果并 不能與傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（M0SFET)競爭。
[0005]為此，需要一種新的隧穿場效應(yīng)晶體管及其制備方法，W解決隧穿場效應(yīng)晶體管 開態(tài)電流小和亞闊值擺幅不滿足需求的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明解決的問題是提供一種隧穿場效應(yīng)晶體管及其形成方法，W提高隧穿場效 應(yīng)晶體管的開態(tài)電流，并使亞闊值擺幅達(dá)到相應(yīng)需求，提高隧穿場效應(yīng)晶體管的性能。
[0007] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種隧穿場效應(yīng)晶體管，包括：
[0008] 提供半導(dǎo)體襯底；
[0009] 在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一慘雜類型的第一半導(dǎo)體層；
[0010] 在所述第一半導(dǎo)體層上形成第二半導(dǎo)體層；
[0011] 在所述第二半導(dǎo)體層上形成第二慘雜類型的第H半導(dǎo)體層；
[0012] 蝕刻所述第H半導(dǎo)體層直至形成第二慘雜區(qū)；
[0013] 蝕刻所述第二半導(dǎo)體層直至形成第一溝道區(qū)；
[0014] 蝕刻部分所述第一半導(dǎo)體層直至形成第一慘雜區(qū)，并同時形成環(huán)繞所述第一慘雜 區(qū)的環(huán)形溝槽；
[0015] 在所述環(huán)形溝槽的底部W及所述第一慘雜區(qū)、第一溝道區(qū)和第二慘雜區(qū)的側(cè)面形 成第二溝道區(qū)；
[0016] 在所述第二溝道區(qū)的表面形成柵介質(zhì)層；
[0017] 填充所述環(huán)形溝槽形成柵極。
[0018] 可選的，所述第一溝道區(qū)的厚度范圍為lOA~500A，所述第二溝道區(qū)的厚度范圍 為lOA~500A。
[0019] 可選的，所述第一半導(dǎo)體層的慘雜濃度范圍為lE19atom/cm3~lE21atom/cm3,所 述第H半導(dǎo)體層的慘雜濃度范圍為lE19atom/cm3~lE21atom/cm3。
[0020]可選的，所述第一半導(dǎo)體層的厚度范圍為lOOA~lOOOA，所述第H半導(dǎo)體層的厚 度范圍為20A~500A。
[0021] 可選的，所述第一溝道區(qū)的材料包括娃、錯、錯化娃或者神化鋼，所述第二溝道區(qū) 的材料包括娃、錯、錯化娃或者神化鋼。
[0022] 可選的，所述柵極的厚度范圍為20A~500A。
[0023] 可選的，蝕刻所述第H半導(dǎo)體層直至形成所述第二慘雜區(qū)的過程包括：
[0024] 在所述第H半導(dǎo)體層上形成墊氧化層；
[00巧]在所述墊氧化層上形成帽蓋層；
[0026] 在所述帽蓋層上形成掩膜層；
[0027]W所述掩膜層為掩模，對所述帽蓋層、墊氧化層和第H半導(dǎo)體層進行蝕刻。
[0028] 可選的，填充所述環(huán)形溝槽形成所述柵極的過程包括：
[0029] 采用柵材料層填充所述環(huán)形溝槽并覆蓋所述帽蓋層；
[0030] 對所述柵材料層進行平坦化直至暴露所述帽蓋層表面；
[0031] 對平坦化后的柵材料層進行回蝕刻形成所述柵極。
[003引可選的，所述墊氧化層的厚度范圍為10A~200A，所述帽蓋層的厚度范圍為 100A~1000A。
[0033] 為解決上述問題，本發(fā)明還提供了一種隧穿場效應(yīng)晶體管，包括：
[0034] 半導(dǎo)體襯底；
[0035] 位于所述半導(dǎo)體襯底上的第一半導(dǎo)體層，所述第一半導(dǎo)體層具有第一慘雜類型；
[0036] 位于所述第一半導(dǎo)體層中的環(huán)形溝槽；
[0037] 位于所述第一半導(dǎo)體層上且被所述環(huán)形溝槽環(huán)繞的第一慘雜區(qū)，所述第一慘雜區(qū) 具有第一慘雜類型；
[0038] 位于所述第一慘雜區(qū)上的第一溝道區(qū)；
[0039] 位于所述第一溝道區(qū)上的第二慘雜區(qū)，所述第二慘雜區(qū)具有第二慘雜類型；
[0040] 位于所述第二慘雜區(qū)、第一溝道區(qū)和第一慘雜區(qū)側(cè)面和所述環(huán)形溝槽底部的第二 溝道區(qū)；
[0041] 位于所述環(huán)形溝槽中的柵極；
[0042] 位于所述第二溝道區(qū)與所述柵極之間的柵介質(zhì)層。
[0043] 可選的，所述第一溝道區(qū)的厚度范圍為lOA~500A，所述第二溝道區(qū)的厚度范圍 為lOA~500A。
[0044] 可選的，所述第一慘雜區(qū)的慘雜濃度范圍為lE19atom/cm3~lE21atom/cm3,所述 第二慘雜區(qū)的慘雜濃度范圍為lE19atom/cm3~lE21atom/cm3。
[0045] 可選的，所述第一慘雜區(qū)的厚度范圍為50A~600A，所述第二慘雜區(qū)的厚度范圍 為 20A~500A。
[0046] 可選的，所述第一溝道區(qū)的材料包括娃、錯、錯化娃或者神化鋼，所述第二溝道區(qū) 的材料包括娃、錯、錯化娃或者神化鋼。
[0047] 可選的，所述柵極的厚度范圍為20A~500A。
[0048] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有W下優(yōu)點：
[0049] 本發(fā)明的技術(shù)方案中，形成第一慘雜區(qū)、第一溝道區(qū)和第二慘雜區(qū)的堆疊結(jié)構(gòu)，所 述第一慘雜區(qū)和第二慘雜區(qū)分別為源極區(qū)和漏極區(qū)的其中之一，并形成環(huán)繞所述堆疊結(jié)構(gòu) 的第二溝道區(qū)，然后繼續(xù)在第二溝道區(qū)表面形成柵介質(zhì)層，在柵介質(zhì)層表面形成環(huán)繞柵介 質(zhì)層的柵極，由于第二溝道區(qū)長度環(huán)繞第一慘雜區(qū)、第一溝道區(qū)和第二慘雜區(qū)，其長度顯著 增加，因此增加了晶體管的隧穿路徑，并且由于第二溝道區(qū)完全覆蓋第一慘雜區(qū)和第一溝 道區(qū)的側(cè)面，并至少覆蓋第二慘雜區(qū)的部分側(cè)面，因此，第二溝道區(qū)的面積較大，增加了隧 穿面積，在隧穿路徑和隧穿面積都增大的情況下，隧穿場效應(yīng)晶體管的性能得到提高。
[0050] 進一步，第二半導(dǎo)體層的厚度范圍為lOA~500A。如果第二半導(dǎo)體層太厚，則后 續(xù)形成的第一慘雜區(qū)和第二慘雜區(qū)相距太遠(yuǎn)，即溝道長度太大，影響晶體管的性能。同樣 的，如果第二半導(dǎo)體層太薄，第一慘雜區(qū)和第二慘雜區(qū)相距太近，后續(xù)形成的晶體管性能下 降，因此，將第二半導(dǎo)體層的厚度范圍控制為lOA~500A。
[0051] 進一步，第一半導(dǎo)體層的慘雜濃度范圍為lE19atom/cm3~lE21a