垂直隧穿場效應晶體管及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種垂直隧穿場效應晶體管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]隧穿場效應晶體管(TFET)本質(zhì)上為一個有柵控的反偏PIN 二極管，其源區(qū)和漏區(qū)的摻雜類型不同。對于N型隧穿場效應晶體管(TFET)來說，其中，N型摻雜為漏區(qū)，工作時加正向偏置。P型摻雜為源端，工作時加負向偏置。與金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)相比，隧穿場效應晶體管(TFET)可以獲得更小的亞閾值擺幅(SS)，因此隧穿場效應晶體管(TFET)很適合用于低功耗應用。
[0003]在隧穿場效應晶體管(TFET)中，輸出電流隨著漏端電壓增大而增大的過程是通過漏端電壓降在源端隧穿結處，非常有效的改變隧穿結隧穿寬度從而使輸出隧穿電流增大實現(xiàn)。但是與傳統(tǒng)的MOSFET相比較，隧穿電流小，因此改善隧穿場效應晶體管(TFET)的隧穿電流是一個非常重要的問題。
[0004]目前隧穿場效應晶體管(TFET) —般采用垂直隧穿，源區(qū)區(qū)域和溝道區(qū)域在柵區(qū)的作用下發(fā)生垂直隧穿，盡管這種方法可以增加隧穿幾率，但現(xiàn)有技術中，由于源區(qū)與柵區(qū)之間的重疊區(qū)域有限，使得隧穿面積較小，因而隧穿電流較小。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明提供一種垂直隧穿場效應晶體管及其制備方法，能夠增加隧穿面積，有效提尚隧穿電流。
[0006]一方面，提供了一種垂直隧穿場效應晶體管，所述垂直隧穿場效應晶體管包括源區(qū)、第一外延層、柵介質(zhì)層、柵區(qū)及兩個漏區(qū)；所述第一外延層、所述柵介質(zhì)層及所述柵區(qū)依次疊加于所述源區(qū)上；
[0007]所述源區(qū)上朝向所述第一外延層的表面設有第一溝槽；所述第一外延層上設有第二溝槽，所述第二溝槽形成于所述第一溝槽中，所述第二溝槽與所述第一溝槽的開口朝向相同；所述第一外延層形成所述柵區(qū)與所述源區(qū)之間的隧穿溝道；
[0008]所述柵介質(zhì)層及柵區(qū)均設置于所述第二溝槽中；所述柵介質(zhì)層設置于所述第一外延層上，所述柵介質(zhì)層將所述柵區(qū)與所述第一外延層隔離；
[0009]兩個所述漏區(qū)分別設置在所述第二溝槽外的兩相對側處，所述漏區(qū)與所述柵區(qū)相隔離；所述第一外延層延伸至所述漏區(qū)與所述源區(qū)之間，并形成所述漏區(qū)與所述源區(qū)之間的溝道。
[0010]在第一種可能的實現(xiàn)方式中，所述柵區(qū)延伸至所述第二溝槽外，并朝向所述漏區(qū)延伸形成有擴展部，所述擴展部與所述第一外延層之間設置有所述柵介質(zhì)層。
[0011]在第二種可能的實現(xiàn)方式中，所述柵區(qū)的擴展部與所述漏區(qū)之間設有間隙；或者，
[0012]所述柵介質(zhì)層延伸至所述柵區(qū)的擴展部與所述漏區(qū)之間，所述漏區(qū)與所述柵區(qū)通過絕緣材質(zhì)相隔離。
[0013]在第三種可能的實現(xiàn)方式中，在所述源區(qū)與所述第一外延層的疊加方向上，所述第一溝槽與所述第二溝槽的截面形狀相同。
[0014]結合第三種可能的實現(xiàn)方式，在第四種可能的實現(xiàn)方式中，所述第一溝槽的截面與所述第二溝槽的截面均為矩形。
[0015]在第五種可能的實現(xiàn)方式中，所述柵區(qū)上設有第三溝槽，所述第三溝槽與所述第一溝槽的開口朝向相同。
[0016]在第六種可能的實現(xiàn)方式中，所述漏區(qū)與所述第一外延層之間還設有溝道層。
[0017]在第七種可能的實現(xiàn)方式中，所述源區(qū)與所述第一外延層之間還設有第二外延層，所述第二外延層的摻雜類型與所述源區(qū)的摻雜類型相同，所述第二外延層的摻雜濃度大于所述源區(qū)的摻雜濃度。
[0018]另一方面，提供了一種垂直隧穿場效應晶體管的制備方法，所述垂直隧穿場效應晶體管的制備方法包括以下步驟:
[0019]提供襯底；
[0020]在所述襯底上覆蓋源區(qū)材料；
[0021]在所述源區(qū)材料上形成一第一溝槽，以制備成源區(qū)；
[0022]在所述源區(qū)上覆蓋第一外延層材料，并在位于所述第一溝槽中的第一外延層材料上形成一第二溝槽，所述第二溝槽與所述第一溝槽的開口朝向相同，以制備成第一外延層；以及
[0023]在所述第一外延層上形成柵介質(zhì)層、柵區(qū)及兩個漏區(qū)；
[0024]所述步驟“在所述第一外延層上形成柵區(qū)及兩個漏區(qū)”中包括不分先后的兩個步驟:在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)，所述柵介質(zhì)層將所述柵區(qū)與所述第一外延層隔離；以及，
[0025]在所述第一外延層上位于所述第二溝槽外的兩個相對側處分別形成一漏區(qū)，所述漏區(qū)與所述柵區(qū)相隔離。
[0026]在第二種可能的實現(xiàn)方式中，當所述步驟“在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)”在所述步驟“在所述第一外延層上位于所述第二溝槽外的兩個相對側處分別形成一漏區(qū)”之前時，所述步驟“在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)”包括以下步驟:
[0027]在所述第一外延層整體上表面覆蓋柵介質(zhì)材料，并在位于所述第二溝槽中的柵介質(zhì)材料上形成一凹槽；
[0028]在所述柵區(qū)介質(zhì)層整體上表面覆蓋柵區(qū)材料，并使柵區(qū)材料將所述凹槽填充；
[0029]去除全部或部分位于所述第一外延層的第二溝槽的兩個相對側上的柵區(qū)介質(zhì)層及柵區(qū)。
[0030]在第三種可能的實現(xiàn)方式中，當所述步驟“在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)”在所述步驟“在所述第一外延層上位于所述第二溝槽外的兩個相對側處分別形成一漏區(qū)”之后時，所述步驟“在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)”包括以下步驟:
[0031]在所述第一外延層及兩漏區(qū)的整體上表面覆蓋柵介質(zhì)材料，覆蓋的所述柵介質(zhì)材料兩側呈對稱的階梯狀，并形成一凹槽及一容置槽；所述凹槽形成于所述第二溝槽的柵介質(zhì)材料中，所述容置槽形成于兩個所述漏區(qū)之間柵介質(zhì)材料中，所述凹槽位于容置槽的槽底；
[0032]在所述柵介質(zhì)材料的整體上表面上覆蓋柵區(qū)材料，所述柵區(qū)材料填充所述凹槽及所述容置槽；
[0033]移除位于所述漏區(qū)上的柵介質(zhì)材料及柵區(qū)材料。
[0034]在第四種可能的實現(xiàn)方式中，在所述步驟“在所述第一外延層上形成柵區(qū)及兩個漏區(qū)”中還包括步驟:在所述柵區(qū)上形成一第三溝槽，所述第三溝槽與所述第一溝槽開口朝向相同；
[0035]所述步驟“在所述柵區(qū)上形成一第三溝槽，所述第三溝槽與所述第一溝槽開口朝向相同”在所述步驟“在所述第一外延層的第二溝槽上依次形成柵介質(zhì)層及柵區(qū)”之后。
[0036]在第五種可能的實現(xiàn)方式中，在所述步驟“在所述第一外延層上位于所述第二溝槽外的兩個相對側處分別形成一漏區(qū)”中包括以下步驟:
[0037]在所述第一外延層上位于所述第二溝槽外的兩個相對側處分別形成一溝道層；
[0038]在所述溝道層上形成所述漏區(qū)。
[0039]在第六種可能的實現(xiàn)方式中，在所述步驟“在所述源區(qū)材料上形成一第一溝槽，以制備成源區(qū)”與所述步驟“在所述源區(qū)上覆蓋第一外延層材料，并在位于所述第一溝槽中的第一外延層材料上形成一第二溝槽，以制備成第一外延層”之間，所述垂直隧穿場效應晶體管的制備方法還包括步驟:在所述源區(qū)上形成一第二外延層，所述第二外延層的摻雜類型與所述源區(qū)的摻雜類型相同，所述第二外延層的摻雜濃度大于所述源區(qū)的摻雜濃度。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的垂直隧穿場效應晶體管及其制備方法，源區(qū)的第一溝槽與柵區(qū)有重疊的區(qū)域內(nèi)的載流電子都會都到柵區(qū)電場的作用，源區(qū)的第一溝槽內(nèi)各個面上的載流電子均可以發(fā)生隧穿，即利用第一溝槽增加了源區(qū)與柵區(qū)之間的重疊面積，從而增加隧穿面積；第一外延層可以形成柵區(qū)與源區(qū)之間的溝道，隧穿類型屬于線性隧穿，柵區(qū)電場方向和源區(qū)的電子隧穿方向處于一條線上，隧穿幾率大，從而提高了隧穿電流。
【附圖說明】
[0041]為了更清楚地說明本發(fā)明的技術方案，下面將對實施方式中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0042]圖1是本發(fā)明第一實施方式提供的垂直隧穿場效應晶體管的剖面示意圖；
[0043]圖2是圖1的垂直隧穿場效應晶體管的分解剖面示意圖；
[0044]圖3是圖1中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的流程圖；
[0045]圖4是圖3中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟Sll對應的剖面圖；
[0046]圖5是圖3中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S12對應的剖面圖；
[0047]圖6是圖3中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S13的流程圖；
[0048]圖7是圖6中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S131對應的剖面圖；
[0049]圖8是圖6中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S133對應的剖面圖；
[0050]圖9是圖3中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S14對應的剖面圖；
[0051]圖10是圖3中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S15的流程圖；
[0052]圖11是圖10中垂直隧穿場效應晶體管的制備方法的步驟S1511對應的剖面