隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年4月30日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第61/986，663號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0004]金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)技術(shù)已被廣泛使用。MOS器件可以在包括線性區(qū)域、飽和區(qū)域和亞閥值區(qū)域的三個(gè)區(qū)域中工作，取決于柵極電壓Vg和源極-漏極電壓Vds。亞閥值區(qū)域是其中電壓Vg小于閥值電壓Vt的區(qū)域。被稱(chēng)為亞閥值擺幅(SS)的參數(shù)表示切斷晶體管電流的容易度(easiness)，并且是確定MOS器件的速度的因素。亞閥值擺幅可以表達(dá)為mXkT/q的函數(shù)，其中m是與電容相關(guān)的參數(shù)，k是玻爾茲曼常數(shù)，T是絕對(duì)溫度，以及q是電子上的電荷的數(shù)量。以前的研究已經(jīng)揭示典型的MOS器件的亞閥值擺幅在室溫下具有約60mV/十進(jìn)位的限制，其又設(shè)定對(duì)操作電壓VDD和閥值電壓Vt的進(jìn)一步縮放的限制。這種限制是由于載流子的擴(kuò)散傳輸機(jī)制。由于這個(gè)原因，典型地，現(xiàn)有的MOS器件在室溫下不能比60mV/十進(jìn)位更地轉(zhuǎn)換。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括:漏極區(qū)；源極區(qū)，其中，所述漏極區(qū)和所述源極區(qū)是相反的導(dǎo)電類(lèi)型；溝道區(qū)，設(shè)置在所述漏極區(qū)和所述源極區(qū)之間；金屬柵極層，設(shè)置在所述溝道區(qū)周?chē)灰约案遦介電層，設(shè)置在所述金屬柵極層和所述溝道區(qū)之間。
[0006]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，其中，所述漏極區(qū)、所述源極區(qū)和所述溝道區(qū)基本上垂直地堆疊。
[0007]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，其中，所述漏極區(qū)、所述源極區(qū)和所述溝道區(qū)基本上垂直地堆疊；其中，所述源極區(qū)的摻雜濃度大于所述漏極區(qū)的摻雜濃度。
[0008]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，其中，所述源極區(qū)、所述漏極區(qū)和所述溝道區(qū)中的至少一個(gè)具有梯度摻雜濃度。
[0009]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，還包括:側(cè)壁間隔件，設(shè)置在所述源極區(qū)周?chē)?；絕緣層，設(shè)置在至少所述側(cè)壁間隔件周?chē)?，其中，所述絕緣層和所述側(cè)壁間隔件由不同的材料制成，并且，所述絕緣層中具有至少一個(gè)開(kāi)口以暴露所述金屬柵極層；以及柵極接觸件，通過(guò)所述開(kāi)口連接至所述金屬柵極層，其中，所述側(cè)壁間隔件設(shè)置在所述柵極接觸件和所述源極區(qū)之間。
[0010]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，還包括:側(cè)壁間隔件，設(shè)置在所述源極區(qū)周?chē)?；絕緣層，設(shè)置在至少所述側(cè)壁間隔件周?chē)?，其中，所述絕緣層和所述側(cè)壁間隔件由不同的材料制成，并且，所述絕緣層中具有至少一個(gè)開(kāi)口以暴露所述金屬柵極層；以及柵極接觸件，通過(guò)所述開(kāi)口連接至所述金屬柵極層，其中，所述側(cè)壁間隔件設(shè)置在所述柵極接觸件和所述源極區(qū)之間；其中，在所述側(cè)壁間隔件之上的所述柵極接觸件的截面面積大于在所述側(cè)壁間隔件之下的所述柵極接觸件的截面面積。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件，包括:襯底，具有第一類(lèi)型阱、第二類(lèi)型阱和將所述第一類(lèi)型阱和所述第二類(lèi)型阱分隔開(kāi)的淺溝槽隔離部件；第一類(lèi)型隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，設(shè)置在所述第二類(lèi)型阱上，所述第一類(lèi)型隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:第一類(lèi)型漏極區(qū)；第二類(lèi)型源極區(qū)；第一類(lèi)型溝道區(qū)，設(shè)置在所述第一類(lèi)型漏極區(qū)和所述第二類(lèi)型源極區(qū)之間；第一金屬柵極層，設(shè)置在所述第一類(lèi)型溝道區(qū)周?chē)缓偷谝桓遦介電層，設(shè)置在所述第一金屬柵極層和所述第一類(lèi)型溝道區(qū)之間；以及第二類(lèi)型隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管，設(shè)置在所述第一類(lèi)型阱上，所述第二類(lèi)型隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:第二類(lèi)型漏極區(qū)；第一類(lèi)型源極區(qū)；第二類(lèi)型溝道區(qū)，設(shè)置在所述第二類(lèi)型漏極區(qū)和所述第一類(lèi)型源極區(qū)之間；第二金屬柵極層，設(shè)置在所述第二類(lèi)型溝道區(qū)周?chē)缓偷诙遦介電層，設(shè)置在所述第二金屬柵極層和所述第二類(lèi)型溝道區(qū)之間。
[0012]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，其中，所述第一類(lèi)型漏極區(qū)、所述第二類(lèi)型源極區(qū)和所述第一類(lèi)型溝道區(qū)基本上垂直地堆疊。
[0013]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，其中，所述第二類(lèi)型漏極區(qū)、所述第一類(lèi)型源極區(qū)和所述第二類(lèi)型溝道區(qū)基本上垂直地堆疊。
[0014]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，其中，所述第一類(lèi)型源極區(qū)的摻雜濃度大于所述第二類(lèi)型漏極區(qū)的摻雜濃度。
[0015]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，其中，所述第二類(lèi)型源極區(qū)的摻雜濃度大于所述第一類(lèi)型漏極區(qū)的摻雜濃度。
[0016]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，其中，所述第一類(lèi)型源極區(qū)、所述第一類(lèi)型漏極區(qū)、所述第一類(lèi)型溝道區(qū)、所述第二類(lèi)型源極區(qū)、所述第二類(lèi)型漏極區(qū)以及所述第二類(lèi)型溝道區(qū)中的至少一個(gè)具有梯度摻雜濃度。
[0017]在上述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，還包括:硅化物區(qū)，形成在所述第一類(lèi)型源極區(qū)和所述第二類(lèi)型源極區(qū)上；以及多個(gè)側(cè)壁間隔件，分別設(shè)置在所述第一類(lèi)型源極區(qū)和所述第二類(lèi)型源極區(qū)周?chē)?，并且設(shè)置在所述硅化物區(qū)和所述金屬柵極層之間。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括:在襯底上形成半導(dǎo)體線結(jié)構(gòu)，其中，所述半導(dǎo)體線結(jié)構(gòu)包括在所述襯底上形成的底部源極或漏極區(qū)、在所述底部源極或漏極區(qū)上形成的溝道區(qū)，并且在所述溝道區(qū)上形成的頂部源極或漏極區(qū)；在所述溝道區(qū)周?chē)纬筛遦介電層；以及在所述高k介電層周?chē)纬山饘贃艠O層。
[0019]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，還包括:在所述底部源極或漏極區(qū)上形成底部硅化物區(qū)。
[0020]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，還包括:在所述頂部源極或漏極區(qū)上形成頂部硅化物區(qū)。
[0021]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，還包括:在所述頂部源極或漏極區(qū)周?chē)纬蓚?cè)壁間隔件；在所述襯底上方并且至少在所述側(cè)壁間隔件周?chē)纬山^緣層，其中，所述絕緣層和所述側(cè)壁間隔件由不同的材料制成；在蝕刻工藝中在所述絕緣層中形成至少一個(gè)開(kāi)口以暴露所述金屬柵極層，所述蝕刻工藝蝕刻所述絕緣層的速率大于蝕刻所述側(cè)壁間隔件的速率，從而使得在所述蝕刻工藝期間保護(hù)所述頂部源極或漏極區(qū)；以及用導(dǎo)電材料填充所述開(kāi)口。
[0022]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，，還包括:在所述頂部源極或漏極區(qū)周?chē)纬蓚?cè)壁間隔件；在所述襯底上方并且至少在所述側(cè)壁間隔件周?chē)纬山^緣層，其中，所述絕緣層和所述側(cè)壁間隔件由不同的材料制成；在蝕刻工藝中在所述絕緣層中形成至少一個(gè)開(kāi)口以暴露所述底部源極或漏極區(qū)，所述蝕刻工藝蝕刻所述絕緣層的速率大于蝕刻所述側(cè)壁間隔件的速率，從而使得在所述蝕刻工藝期間保護(hù)所述頂部源極或漏極區(qū)；以及用導(dǎo)電材料填充所述開(kāi)口。
[0023]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，還包括:在所述頂部源極或漏極區(qū)周?chē)纬蓚?cè)壁間隔件；在所述襯底上方并且至少在所述側(cè)壁間隔件周?chē)纬山^緣層，其中，所述絕緣層和所述側(cè)壁間隔件由不同的材料制成；以及在所述絕緣層中形成至少一個(gè)開(kāi)口以暴露所述金屬柵極層，在所述側(cè)壁間隔件之上的所述開(kāi)口的截面面積大于在所述側(cè)壁間隔件之下的所述開(kāi)口的截面面積。
[0024]在上述用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法中，其中，形成所述半導(dǎo)體線結(jié)構(gòu)包括:在所述襯底上形成至少一個(gè)線主體；以及對(duì)所述線主體實(shí)施一系列的注入工藝以形成底部源極或漏極區(qū)、溝道區(qū)和頂部源極或漏極區(qū)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該注意，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
[0026]圖1至圖50是根據(jù)一些實(shí)施例的用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件的方法的不同步驟的截面圖。
[0027]圖51至圖108是根據(jù)一些實(shí)施例的用于制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件的方法的不同步驟的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗Ｏ旅婷枋隽私M件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0029]而且，為了便于描述，在此可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)元件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，并且在此使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。
[0030]在以下描述中提供了具有一個(gè)或多個(gè)隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件及其制造方法。隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括高k金屬柵極結(jié)構(gòu)并且因此對(duì)短溝道效應(yīng)具有抗干擾性。
[0031]參照?qǐng)D1至圖50，其是根據(jù)一些實(shí)施例的在方法的各個(gè)制造步驟期間的用于制造部分或全部的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件的方法的不同步驟的截面圖。應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)于方法的額外的實(shí)施例，在方法之前、期間或之后可以提供額外的步驟，并且可以替代或消除以下描述的一些步驟。進(jìn)一步地理解，對(duì)于隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件的額外的實(shí)施例，額外的部件可以添加到隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管組件中，并且可以替代或消除以下描述的一些部件。
[0032]參照?qǐng)D1，在襯底100上形成硬掩模層102。襯底100是半導(dǎo)體襯底。例如，襯底100由硅；諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦的化合物半導(dǎo)體；或諸如碳化硅鍺、磷砷化鎵或磷化鎵銦的合金半導(dǎo)體制成。例如，硬掩模層102由氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮摻雜的碳化硅(SiC:N，也稱(chēng)為NDC)、氮氧化硅(S1N)、氧摻雜的碳化硅(SiC:0，也稱(chēng)為0DC)或氧化石圭(S12)制成。
[0033]參照?qǐng)D2，形成溝槽104。為了形成溝槽104，在襯底100上形成掩模層106。掩模層106是光刻膠層。通過(guò)光刻工藝圖案化掩模層106以在硬掩模層102上形成多個(gè)部件和由部件限定的多個(gè)開(kāi)口。根據(jù)預(yù)定的集成電路圖案形成掩模層106的圖案。光刻膠工藝可以包括光刻膠涂覆、曝光、曝光后烘烤和顯影。然后實(shí)施蝕刻工藝以形成溝槽104。蝕刻工藝是在開(kāi)口處具有約1:10以及在溝槽底部具有約1:3至1:4的氮化物或氮氧化物與氧化物的選擇性的干蝕刻工藝。在這個(gè)步驟之后去除掩模層106。
[0034]參照?qǐng)D3，淺溝槽隔離(STI)電介質(zhì)108填充在溝槽104中。例如，STI電介質(zhì)108由氧化物制成。STI電介質(zhì)108的部分沉積在硬掩模層102上。
[0035]參照?qǐng)D4，例如，通過(guò)在硬掩模層102處具有拋光停止的化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)來(lái)拋光STI電介質(zhì)108。
[0036]參照?qǐng)D5，通過(guò)干蝕刻工藝蝕刻STI電介質(zhì)108。
[0037]參照?qǐng)D6，在襯底100上形成阻擋和抗反射涂(BARC)層110。BARC層110的厚度在從約100埃至約500埃的范圍內(nèi)。例如，BARC層110由氮氧化硅或有機(jī)材料制成?？梢酝ㄟ^(guò)沉積工藝形成BARC層110，并且可選地拋光BARC層110。在BARC層110上形成另一掩模層11