一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公布了一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，該器件包括隧穿源區(qū)，溝道區(qū)，漏區(qū)和位于溝道上方的控制柵，其中，隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)為跨騎型異質(zhì)結(jié)。若為N型器件則在隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)交界面處，隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂下方；若為P型器件則隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的下方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂上方。本發(fā)明可顯著提高隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開態(tài)電流，同時(shí)保持較陡直的亞閾值斜率。其制備工藝簡(jiǎn)單有效，極大降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于CMOS超大規(guī)模集成電路(ULSI)中場(chǎng)效應(yīng)晶體管邏輯器件領(lǐng)域，具體涉及一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]自集成電路誕生以來，微電子集成技術(shù)一直按照“摩爾定律”不斷發(fā)展，半導(dǎo)體器件尺寸不斷縮小。隨著半導(dǎo)體器件進(jìn)入深亞微米范圍，現(xiàn)有MOSFET器件由于受到自身擴(kuò)散漂流的導(dǎo)通機(jī)制所限，亞閾值斜率受到熱電勢(shì)kT/q的限制而無法隨著器件尺寸的縮小而同步減小。這就導(dǎo)致MOSFET器件泄漏電流縮小無法達(dá)到器件尺寸縮小的要求，整個(gè)芯片的能耗不斷上升，芯片功耗密度急劇增大，嚴(yán)重阻礙了芯片系統(tǒng)集成的發(fā)展。為了適應(yīng)集成電路的發(fā)展趨勢(shì)，新型超低功耗器件的開發(fā)和研究工作就顯得特別重要。隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET, Tunneling Field-Effect Transistor)采用帶帶隧穿(BTBT)新導(dǎo)通機(jī)制，是一種非常有發(fā)展?jié)摿Φ倪m于系統(tǒng)集成應(yīng)用發(fā)展的新型低功耗器件。TFET通過柵電極控制源端與溝道交界面處隧穿結(jié)的隧穿寬度，使得源端價(jià)帶電子隧穿到溝道導(dǎo)帶(或溝道價(jià)帶電子隧穿到源端導(dǎo)帶)形成隧穿電流。這種新型導(dǎo)通機(jī)制突破傳統(tǒng)MOSFET亞閾值斜率理論極限中熱電勢(shì)kT/q的限制，可以實(shí)現(xiàn)低于60mV/dec的超陡亞閾值斜率，降低器件靜態(tài)漏泄電流進(jìn)而降低器件靜態(tài)功耗。
[0003]但是，由于半導(dǎo)體帶帶隧穿效率偏低，TFET的開態(tài)電流與現(xiàn)有MOSFET相比比較低，不能滿足系統(tǒng)集成應(yīng)用中的要求。因此，在保持較陡直的亞閾值斜率的同時(shí)，提高TFET開態(tài)電流，是TFET器件應(yīng)用中需要解決的一個(gè)非常重要的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，該跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以顯著提高隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開態(tài)電流，同時(shí)保持較陡直的亞閾值斜率。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如圖1所示，包括隧穿源區(qū)，溝道區(qū)，漏區(qū)以及位于溝道區(qū)上方的控制柵，其中，在隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的交界面處形成異質(zhì)隧穿結(jié)，該異質(zhì)隧穿結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)為跨騎型異質(zhì)結(jié)(Straddling-Gap)。
[0007]上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以是N型器件或P型器件。對(duì)于N型器件來說，其在隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)交界面處，隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂?shù)南路?，如圖1-1中a)所示，即隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)小于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度大于溝道區(qū)材料禁帶寬度；而對(duì)于P型器件來說，其在隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)交界面處隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的下方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂上方，如圖1-ι中b)所示，即隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)大于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度小于溝道區(qū)材料禁帶寬度。
[0008]進(jìn)一步地，對(duì)于N型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件來說，隧穿源區(qū)為P型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18Cnr3-lE20Cm-3，漏區(qū)為N型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18cnT3-lE19cnT3，溝道區(qū)為P型輕摻雜，其摻雜濃度約為lE13cnT3-lE15cnT3 ;而對(duì)于P型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件來說，隧穿源區(qū)為N型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18cnT3-lE20cnT3，漏區(qū)為P型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18cnT3-lE19cnT3，溝道區(qū)為N型輕摻雜，其摻雜濃度約為lE13cm_3-lE15cm_3。
[0009]上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以應(yīng)用于Si或Ge，或其他可以形成跨騎型(Straddling-Gap)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的I1-V1、II1-V或IV-1V族的二元或三元化合物半導(dǎo)體材料。并且，對(duì)于N型器件來說，要求隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)小于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度大于溝道區(qū)材料禁帶寬度；而對(duì)于P型器件來說，要求隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)大于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度小于溝道區(qū)材料禁帶寬度。
[0010]本發(fā)明同時(shí)提供上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟:
[0011 ] I)在半導(dǎo)體襯底上按順序淀積一層氧化物和一層氮化物；
[0012]2)光刻后進(jìn)行淺溝槽隔離(Shallow Trench Isolat1n, STI),再淀積隔離材料填充深孔后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化(Chemical Mechanical Polishing, CMP)；
[0013]3)淀積柵介質(zhì)材料和柵材料，進(jìn)行光刻和刻蝕，形成柵圖形；
[0014]4)光刻暴露出隧穿源區(qū)并選擇刻蝕出隧穿源區(qū)；
[0015]5)選擇生長(zhǎng)隧穿源區(qū)化合物半導(dǎo)體，與溝道區(qū)形成跨騎型(Straddling-Gap)異質(zhì)隧穿結(jié)，同時(shí)對(duì)隧穿源區(qū)進(jìn)行原位摻雜；
[0016]6)光刻暴露出漏區(qū)，以光刻膠和柵為掩膜，進(jìn)行離子注入形成漏區(qū)；
[0017]7)快速高溫退火激活雜質(zhì)；
[0018]8)最后進(jìn)入同CMOS —致的后道工序，包括淀積鈍化層、開接觸孔以及金屬化等，即可制得跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0019]針對(duì)上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，步驟I)中的半導(dǎo)體襯底為輕摻雜或未摻雜的半導(dǎo)體襯底，本發(fā)明實(shí)施例在步驟I)中采用輕摻雜的半導(dǎo)體襯底，其摻雜濃度約為lE13Cm_3-lE15Cm_3。其中，半導(dǎo)體襯底的材料可以為II_V1、II1-V或IV-1V族的二元或三元化合物半導(dǎo)體、絕緣體上的娃(SOI)或絕緣體上的鍺(GOI)中的一種。
[0020]優(yōu)選地,步驟3)中的柵介質(zhì)材料為Si02、Si3N4或高K柵介質(zhì)材料。優(yōu)選地,步驟
3)中淀積柵介質(zhì)材料的方法為常規(guī)熱氧化、摻氮熱氧化、化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積。
[0021]優(yōu)選地，步驟3)中的柵材料為摻雜多晶硅、金屬鈷、金屬鎳、金屬鈷的硅化物或金屬鎳的硅化物。
[0022]上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法中，本發(fā)明的具體實(shí)施例在步驟5)通過分子束外延法選擇生長(zhǎng)隧穿源區(qū)化合物半導(dǎo)體；隧穿源區(qū)化合物半導(dǎo)體的材料選自S1、Ge等其他可以與溝道區(qū)材料(即步驟I)中的半導(dǎo)體襯底的材料)形成跨騎型(Straddling-Gap)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體材料，或其他I1-VI, II1-V和IV-1V族的二元或三元化合物半導(dǎo)體材料。步驟5)對(duì)隧穿源區(qū)進(jìn)行原位摻雜，其摻雜濃度約為lE18Cm_3-lE20Cm_3。步驟6)進(jìn)行離子注入形成漏區(qū)，其中，注入離子的濃度約為lE18cm3-lE19cm3。
[0023]本發(fā)明提供的跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以是N型器件或P型器件。上述制備方法中，對(duì)于N型器件來說，隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)小于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度大于溝道區(qū)材料禁帶寬度；而對(duì)于P型器件來說，隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)大于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度小于溝道區(qū)材料禁帶寬度。
[0024]本發(fā)明的有益技術(shù)效果是:
[0025]與現(xiàn)有的TFET相比，本發(fā)明提供的跨騎型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管不僅顯著增大了器件開態(tài)電流，同時(shí)保持了陡直的亞閾值斜率。以N型跨騎型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件為例，隧穿源區(qū)與溝道區(qū)為不同材料，在交界面處形成跨騎型異質(zhì)隧穿結(jié)，且異質(zhì)結(jié)界面處隧穿源區(qū)的導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)的導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)的價(jià)帶頂位于溝道區(qū)的價(jià)帶頂下方。柵電極加正電壓，溝道能帶下拉，溝道區(qū)在隧穿結(jié)處形成一個(gè)三角形勢(shì)阱，當(dāng)源區(qū)價(jià)帶、溝道區(qū)價(jià)帶和溝道區(qū)導(dǎo)帶三處發(fā)生重疊時(shí)，在隧穿結(jié)處發(fā)生共振隧穿，器件開啟，可以獲得較陡直的亞閾值擺幅。隨著柵壓增大，源區(qū)價(jià)帶、溝道區(qū)價(jià)帶和溝道區(qū)導(dǎo)帶間隧穿寬度減小，當(dāng)兩邊隧穿效率接近時(shí)，共振隧穿效率急劇增大，隧穿幾率趨近于1，從而獲得較大的隧穿晶體管的開態(tài)電流。
[0026]本發(fā)明提供的跨騎型異質(zhì)結(jié)隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備工藝簡(jiǎn)單，能有效地在CMOS集成電路中集成TFET器件，還可以利用標(biāo)準(zhǔn)工藝制備由TFET組成的低功耗集成電路，極大地降低了生產(chǎn)成本，簡(jiǎn)化了工藝流程。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖1-1為N/P型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿晶體管隧穿結(jié)跨騎型能帶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]其中:a)為N型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿晶體管隧穿結(jié)的跨騎型的能帶結(jié)構(gòu)示意；
b)為P型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿晶體管隧穿結(jié)跨騎型的能帶結(jié)構(gòu)示意；
[0030]圖1-2為N型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理圖；
[0031]其中:a)為器件關(guān)態(tài)時(shí)隧穿結(jié)處的能帶結(jié)構(gòu)；b)為器件開態(tài)時(shí)隧穿結(jié)處的能帶結(jié)構(gòu)；
[0032]圖2在半導(dǎo)體襯底上形成STI隔離后去除氮化物后的器件剖面圖；
[0033]圖3為光刻并刻蝕形成柵后的器件剖面圖；
[0034]圖4為光刻暴露出TFET器件的源區(qū)并刻蝕出源區(qū)后器件剖面圖；
[0035]圖5為外延選擇生長(zhǎng)異質(zhì)源區(qū)后，并對(duì)隧穿源區(qū)進(jìn)行原位摻雜后的器件剖面圖；
[0036]圖6光刻暴露出TFET器件的漏區(qū)并離子注入形成漏區(qū)后的器件剖面圖；
[0037]圖1?圖6中，
[0038]1-半導(dǎo)體襯底(溝道區(qū));2-STI隔離；
[0039]3-柵介質(zhì)層；4-控制柵；
[0040]5-光刻膠；6-異質(zhì)隧穿源區(qū)；
[0041]7-漏區(qū)；8-后道工序的鈍化層；
[0042]9-后道工序的金屬。

【具體實(shí)施方式】
[0043]以下結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。
[0044]本實(shí)施例中，跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括隧穿源區(qū)6，溝道區(qū)I，漏區(qū)7以及位于溝道區(qū)上方的控制柵4，其特征是，所述的隧穿源區(qū)6與溝道區(qū)I異質(zhì)隧穿結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)為跨騎型異質(zhì)結(jié)(Straddling-Gap),如圖1_1中所示。
[0045]跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以是N型器件或P型器件。對(duì)于N型器件來說，異質(zhì)隧穿結(jié)交界面處隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂下方，即隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)小于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度大于溝道區(qū)材料禁帶寬度；而對(duì)于P型器件來說，要求異質(zhì)隧穿結(jié)交界面處隧穿源區(qū)導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)導(dǎo)帶底的下方，隧穿源區(qū)價(jià)帶頂位于溝道區(qū)價(jià)帶頂上方，即隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)大于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度小于溝道區(qū)材料禁帶寬度。
[0046]所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，對(duì)于N型器件來說，隧穿源區(qū)為P型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18Cm_3-lE20Cm_3，漏區(qū)為N型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18cnT3-lE19cnT3，溝道區(qū)為P型輕摻雜，其摻雜濃度約為lE13cnT3-lE15cnT3 ;而對(duì)于P型器件來說，隧穿源區(qū)為N型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18Cm_3-lE20Cm_3，漏區(qū)為P型重?fù)诫s，其摻雜濃度約為lE18Cm_3-lE19Cm_3，溝道區(qū)為N型輕摻雜，其摻雜濃度約為lE13cm3-lE15cm3。
[0047]所述的隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以應(yīng)用于GaAs/Ge半導(dǎo)體材料，也可以應(yīng)用于其他可以形成跨騎型(Straddling-Gap)異質(zhì)結(jié)能帶結(jié)構(gòu)的I1-VI，II1-V和IV-1V族的二元或三元化合物半導(dǎo)體材料。并且，對(duì)于N型器件來說，要求隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)小于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度大于溝道區(qū)材料禁帶寬度；而對(duì)于P型器件來說，要求隧穿源區(qū)材料的電子親和勢(shì)大于溝道區(qū)材料電子親和勢(shì)，且隧穿源區(qū)材料禁帶寬度小于溝道區(qū)材料禁帶寬度。
[0048]圖1-2為N型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管工作原理圖，其中:a)為器件關(guān)態(tài)時(shí)隧穿結(jié)處的能帶結(jié)構(gòu)；b)為器件開態(tài)時(shí)隧穿結(jié)處的能帶結(jié)構(gòu)。柵電極加正電壓，溝道能帶下拉，溝道區(qū)在隧穿結(jié)處形成一個(gè)三角形勢(shì)阱，當(dāng)源區(qū)價(jià)帶、溝道區(qū)價(jià)帶和溝道區(qū)導(dǎo)帶三處發(fā)生重疊時(shí)，在隧穿結(jié)處發(fā)生共振隧穿，器件開啟，可以獲得較陡直的亞閾值擺幅。隨著柵壓增大，源區(qū)價(jià)帶、溝道區(qū)價(jià)帶和溝道區(qū)導(dǎo)帶間隧穿寬度減小，當(dāng)兩邊隧穿效率接近時(shí)，共振隧穿效率急劇增大，隧穿幾率趨近于1，從而獲得較大的隧穿晶體管的開態(tài)電流。
[0049]下面以N型器件為例，說明上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，P型跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的制備與之類似。以N型器件為例，上述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法的實(shí)施步驟如圖2?圖6所示，包括:
[0050]1、在襯底摻雜濃度為輕摻雜(約lE13Cm_3-lE15Cm_3)的，晶向?yàn)椤?01〉的Ge襯底I上初始淀積一層二氧化娃，厚度約1nm,并淀積一層氮化娃(Si3N4),厚度約10nm,之后采用淺槽隔離技術(shù)制作有源區(qū)STI隔離2，然后進(jìn)行CMP，如圖2所示。
[0051]2、漂去表面的二氧化硅，然后淀積一層?xùn)沤橘|(zhì)層3，柵介質(zhì)層為Al2O3,厚度為I?5nm ;采用LPCVD淀積柵材料4，柵材料為摻雜多晶硅層，厚度為50?200nm。光刻出柵圖形，刻蝕柵材料4直到柵介質(zhì)層3，如圖3所示。
[0052]3、光刻暴露出源區(qū)，采用高選擇比干法刻蝕出異質(zhì)結(jié)隧穿源區(qū)，結(jié)深約50nm，如圖-4所示。
[0053]4、采用分子束外延法選擇生長(zhǎng)GaAs半導(dǎo)體形成異質(zhì)源區(qū)6，同時(shí)對(duì)源區(qū)進(jìn)行原位摻雜(濃度約lE20cm_3)，如圖-5所示。
[0054]5、光刻暴露出漏區(qū)，以光刻膠5和柵4為掩膜，進(jìn)行漏區(qū)7離子注入(As，劑量為lE14/cm_2，能量為20keV，注入離子濃度約為lE18/cm_3)，如圖6所示。進(jìn)行一次快速高溫退火,并對(duì)注入雜質(zhì)進(jìn)行激活(溫度為1050°C，時(shí)間為1s)
[0055]6、最后進(jìn)入常規(guī)后道工序，包括淀積鈍化層8、開接觸孔、以及金屬化9等，圖1所示為制得的所述N型的跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括隧穿源區(qū)，溝道區(qū)，漏區(qū)和位于溝道上方的控制柵，其特征是，在所述隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的交界面處形成異質(zhì)隧穿結(jié)，所述異質(zhì)隧穿結(jié)的能帶結(jié)構(gòu)為跨騎型異質(zhì)結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管是N型器件或P型器件。
3.如權(quán)利要求1所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管是N型器件，在所述隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)的交界面處，隧穿源區(qū)的導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)的導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)的價(jià)帶頂位于溝道區(qū)的價(jià)帶頂?shù)南路健?br> 4.如權(quán)利要求3所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述隧穿源區(qū)為P型重?fù)诫s，摻雜濃度為lE18cnT3?lE20cnT3 ;所述漏區(qū)為N型重?fù)诫s,摻雜濃度為lE18cnT3?lE19cnT3 ;所述溝道區(qū)為P型輕摻雜,摻雜濃度為lE13cnT3?lE15cnT3。
5.如權(quán)利要求1所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管是P型器件，在所述隧穿源區(qū)與溝道區(qū)的異質(zhì)隧穿結(jié)的交界面處，隧穿源區(qū)的導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)的導(dǎo)帶底的下方，隧穿源區(qū)的價(jià)帶頂位于溝道區(qū)的價(jià)帶頂?shù)纳戏健?br> 6.如權(quán)利要求5所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征是，所述隧穿源區(qū)為N型重?fù)诫s,摻雜濃度為lE18cnT3?lE20cnT3 ;所述漏區(qū)為P型重?fù)诫s,摻雜濃度為lE18cnT3?lE19cnT3 ;所述溝道區(qū)為N型輕摻雜，摻雜濃度為lE13cnT3?lE15cnT3。
7.一種跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟: 1)在半導(dǎo)體襯底上按順序淀積一層氧化物和一層氮化物； 2)光刻后進(jìn)行淺溝槽隔離，再淀積隔離材料填充深孔后進(jìn)行化學(xué)機(jī)械平坦化； 3)淀積柵介質(zhì)材料和柵材料,進(jìn)行光刻和刻蝕,形成柵圖形； 4)光刻暴露出隧穿源區(qū)并選擇刻蝕出隧穿源區(qū)； 5)選擇生長(zhǎng)隧穿源區(qū)化合物半導(dǎo)體，與溝道區(qū)形成跨騎型異質(zhì)隧穿結(jié)，同時(shí)對(duì)隧穿源區(qū)進(jìn)行原位摻雜； 6)光刻暴露出漏區(qū)，以光刻膠和柵為掩膜，進(jìn)行離子注入形成漏區(qū)； 7)快速高溫退火激活雜質(zhì)； 8)通過后道工序，包括淀積鈍化層、開接觸孔以及金屬化，制得跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
8.如權(quán)利要求7所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，步驟I)所述半導(dǎo)體襯底為輕摻雜或未摻雜的半導(dǎo)體襯底；半導(dǎo)體襯底的材料為I1-V1、II1-V或IV-1V族的二元或三元化合物半導(dǎo)體、絕緣體上的娃SOI或絕緣體上的鍺GOI中的一種。
9.如權(quán)利要求7所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，步驟3)所述柵介質(zhì)材料為Si02、Si3N4或高K柵介質(zhì)材料；步驟3)所述淀積柵介質(zhì)材料的方法為常規(guī)熱氧化、摻氮熱氧化、化學(xué)氣相淀積或物理氣相淀積；步驟3)所述柵材料為摻雜多晶硅、金屬鈷、金屬鎳、金屬鈷的硅化物或金屬鎳的硅化物。
10.如權(quán)利要求7所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，步驟5)是通過分子束外延法選擇生長(zhǎng)隧穿源區(qū)化合物半導(dǎo)體；所述隧穿源區(qū)的導(dǎo)帶底位于溝道區(qū)的導(dǎo)帶底的上方，隧穿源區(qū)的價(jià)帶頂位于溝道區(qū)的價(jià)帶頂?shù)南路蕉纬伤隹珧T型異質(zhì)隧穿結(jié)。
11.如權(quán)利要求7所述跨騎型異質(zhì)結(jié)共振隧穿場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征是，步驟5)所述原位摻雜的摻雜濃度為lE18Cm_3?lE20Cm_3 ;步驟6)所述離子注入的濃度為lE18cm 3 ?ΙΞΙΘαη 3。
【文檔編號(hào)】H01L29/06GK104241375SQ201410438469
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】黃如, 吳春蕾, 黃芊芊, 王佳鑫, 王陽(yáng)元 申請(qǐng)人:北京大學(xué)