專利名稱：具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體設(shè)計及制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管及其形成方法。
背景技術(shù)：
對于MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)集成電路，關(guān)態(tài)泄露電流隨著集成電路尺寸的縮小而迅速上升，為降低泄露電流，從而進一步降低器件的功耗與MOSFET具有不同工作原理的隧穿場效應(yīng)晶體管(TFET)得到了廣泛的應(yīng)用。隧穿晶體管的溝道區(qū)電流由兩部分組成，在靠近源區(qū)的一端通過帶帶隧穿產(chǎn)生電流，隨后在柵控的反型溝道中通過漂移擴散機制到達漏區(qū)，所以隧穿晶體管的溝道電阻實際上是由溝道區(qū)靠近源區(qū)的和靠近漏區(qū)的兩部分電阻串聯(lián)而成的?，F(xiàn)有的隧穿晶體管器件中的柵對溝道區(qū)的控制，很難實現(xiàn)既可以增大隧穿電流，又可以提高溝道區(qū)電子遷移率。另外，TFET器件具有雙極導(dǎo)電特性這種特有現(xiàn)象，即當柵電壓為正電壓和負電壓時器件均能開啟。當柵電壓為正時，溝道中載流子為電子，當柵電壓為負時，溝道中載流子為空穴。雙極導(dǎo)電性會引起TFET器件的關(guān)態(tài)電流上升，削弱了 TFET器件低功耗的優(yōu)勢。通常抑制雙極導(dǎo)電性的方法是降低漏區(qū)的摻雜濃度，但這樣會增大導(dǎo)通電阻，減小驅(qū)動電流。因此，需要一種隧穿晶體管，能夠針對溝道區(qū)兩部分電阻的特點進行優(yōu)化控制，以增強柵對溝道區(qū)的控制能力，提高隧穿晶體管器件的驅(qū)動性能，并抑制雙極導(dǎo)電性，減小關(guān)態(tài)電流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術(shù)缺陷之一，特別是解決現(xiàn)有的隧穿晶體管器件的柵不能針對溝道區(qū)兩部分電阻的特點進行優(yōu)化控制，以及隧穿晶體管器件的雙極導(dǎo)電性問題。為達到上述目的，本發(fā)明一方面提供一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，包括襯底；形成在所述襯底中的溝道區(qū)；形成在所述襯底中、所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)為第一類型重摻雜，所述漏區(qū)為第二類型重摻雜；和形成在所述襯底上的柵堆疊，所述柵堆疊包括位于所述溝道區(qū)上的柵介質(zhì)層和位于所述柵介質(zhì)層上的柵極，所述柵介質(zhì)層包括靠近所述源區(qū)的第一段柵介質(zhì)、靠近所述漏區(qū)的第三段柵介質(zhì)以及位于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)之間的第二段柵介質(zhì)，所述第二段柵介質(zhì)的材料為不同于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料。其中，靠近源區(qū)的第一段柵介質(zhì)通過對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力，改變隧穿有效質(zhì)量， 增大隧穿概率，提高隧穿電流；位于中間的第二段柵介質(zhì)通過選擇與溝道區(qū)材料結(jié)合性好的材料，優(yōu)選的，還包括可以對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力的材料，減少界面態(tài)帶來的散射，提高電子遷移率；第三段柵介質(zhì)通過改變柵對漏端溝道的控制能力，改變該區(qū)域的能帶形狀，抑制短溝道效應(yīng)，即通過改變隧穿態(tài)密度以減小漏端產(chǎn)生的雙極電流。
在本發(fā)明的一個實施例中，所述襯底為Si襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為SiO2或Si3N4。第二段柵介質(zhì)材料如果是Si02，通過減少界面態(tài)以提高電子遷移率；第二段柵介質(zhì)材料如果是Si3N4，通過對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力以改善電子遷移率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述襯底為Ge襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為Al2O3或Si02。在本發(fā)明的一個實施例中，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料相同，且所述第一段柵介質(zhì)或第三段柵介質(zhì)可以延伸至所述第二段柵介質(zhì)的頂部。即從簡化工藝，降低成本的角度考慮，第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)可以同時形成，且形成在第二段柵介質(zhì)的頂部的第一段或第三段柵介質(zhì)可以不必去除。在本發(fā)明的一個實施例中，所述柵堆疊兩側(cè)形成有側(cè)墻。本發(fā)明另一方面還提供一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，包括以下步驟提供襯底；在所述襯底上形成犧牲柵介質(zhì)層，在所述犧牲柵介質(zhì)層上形成犧牲柵，所述犧牲柵覆蓋的襯底區(qū)域為溝道區(qū)；在所述犧牲柵的側(cè)壁形成側(cè)墻；在所述溝道區(qū)兩側(cè)分別形成具有第一類型重摻雜的源區(qū)和具有第二類型重摻雜的漏區(qū)；去除所述犧牲柵；去除位于所述溝道區(qū)上的所述犧牲柵介質(zhì)層；在所述溝道區(qū)上的中間部分形成第二段柵介質(zhì)； 在所述溝道區(qū)上靠近所述源區(qū)的部分以及靠近所述漏區(qū)的部分分別形成第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)，所述第二段柵介質(zhì)的材料為不同于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料；在所述第一段、第二段、第三段柵介質(zhì)上形成柵極。在本發(fā)明的一個實施例中，所述襯底為Si襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為SiO2或Si3N4。第二段柵介質(zhì)材料如果是Si02，通過減少界面態(tài)以提高電子遷移率；第二段柵介質(zhì)材料如果是Si3N4，通過對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力以改善電子遷移率。在本發(fā)明的一個實施例中，所述襯底為Ge襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為Al2O3或Si02。在本發(fā)明的一個實施例中，形成所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)包括在所述溝道區(qū)和所述第二段柵介質(zhì)上形成介質(zhì)材料，以同時形成材料相同的第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)，且所述第一段柵介質(zhì)或第三段柵介質(zhì)延伸至所述第二段柵介質(zhì)的頂部。從而可以簡化工藝，降低成本。在本發(fā)明的一個實施例中，去除所述犧牲柵的步驟包括在所述犧牲柵介質(zhì)層上形成層間介質(zhì)層；選擇性刻蝕所述犧牲柵。本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管及其形成方法，針對隧穿晶體管的溝道區(qū)電阻特點，在溝道區(qū)頂部形成多段異質(zhì)柵介質(zhì)，以分別調(diào)節(jié)柵對位于其下的溝道區(qū)的控制，增強柵控能力，抑制隧穿晶體管器件的雙極導(dǎo)電性缺陷，提高隧穿晶體管器件的驅(qū)動性能。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管可以應(yīng)用于普通p-i-n 型、pnpn型或者環(huán)柵型等多種結(jié)構(gòu)的隧穿晶體管。本發(fā)明附加的方面和優(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。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結(jié)合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖I為本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)剖面圖；圖2-10所示為本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法各步驟的結(jié)構(gòu)剖面圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(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，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。在本發(fā)明的描述中，需要理解的是，術(shù)語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”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。需要說明的是，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。需要說明的是，本發(fā)明以下各實施例中，均以η型隧穿晶體管為例進行描述，對于 P型隧穿晶體管可以參照本發(fā)明實施例，對應(yīng)改變其摻雜類型即可，在此不再贅述。圖I所示為本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖I 所示，該隧穿晶體管包括襯底100、溝道區(qū)200、源區(qū)300和漏區(qū)400、柵堆疊500。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計要求(例如P型襯底或者η型襯底)，襯底100可以包括各種半導(dǎo)體襯底材料，例如硅、鍺、金剛石、碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦等等。襯底 100可以包括各種摻雜配置。此外，襯底100可以可選地包括外延層，可以被應(yīng)力改變以增強其性能，以及也可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。在本實施例中，襯底100為SOI結(jié)構(gòu)， 例如，從下至上依次包括Si層102、埋氧層104、表層Si層106。其中，表層Si層106中形成有溝道區(qū)200，溝道區(qū)200兩側(cè)形成有源區(qū)300和漏區(qū)400。源區(qū)300為ρ型重摻雜，漏區(qū)400為η型重摻雜，溝道區(qū)200可以為ρ型弱摻雜、η型弱摻雜或者本征。柵堆疊500位于溝道區(qū)200之上，包括柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層上的柵極506。柵堆疊500兩側(cè)形成有側(cè)墻508，柵極506可以是多晶硅柵或金屬柵。其中，柵介質(zhì)層包括靠近源區(qū)300的第一段柵介質(zhì)502、靠近漏區(qū)400的第三段柵介質(zhì)504以及位于第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504之間的第二段柵介質(zhì)503。第二段柵介質(zhì)503的材料為不同于第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504的材料。在本發(fā)明實施例中，柵堆疊500形成在Si 表面，優(yōu)選地，第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504的材料可以為高k介質(zhì)材料。高k介質(zhì)材料包括例如鉿基材料，如氧化鉿(HfO2)，氧化鉿硅(HfSiO)，氮氧化鉿硅(HfSiON)，氧化鉿鉭(HfTaO)，氧化鉿鈦(HfTiO)，氧化鉿鋯(HfZrO)，其組合和/或者其它適當?shù)牟牧?。其中，第一段柵介質(zhì)502通過對靠近源區(qū)的溝道區(qū)引入局部應(yīng)力，改變隧穿有效質(zhì)量，增大隧穿電流；第三段柵介質(zhì)504通過改變柵對漏端溝道的控制能力，改變該區(qū)域的能帶形狀，抑制短溝道效應(yīng)，即通過改變隧穿態(tài)密度以減小漏端產(chǎn)生的雙極電流。第二段柵介質(zhì)503的材料可以選擇與溝道區(qū)材料結(jié)合性好的材料，如SiO2或Si3N4。其中，第二段柵介質(zhì)503的材料如果是SiO2，通過改善由于高k介質(zhì)材料和Si的界面態(tài)高而導(dǎo)致的電子遷移率降低的缺陷，提高電子遷移率；第二段柵介質(zhì)503的材料如果是Si3N4，通過對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力以改善電子遷移率。三段柵介質(zhì)的材料的選擇基于不同的襯底材料以及隧穿晶體管的類型是不同的。 在本發(fā)明其它的實施例中，襯底100為Si襯底時，第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504 的材料可以為高k介質(zhì)材料(例如Al2O3)，第二段柵介質(zhì)503的材料可以為SiO2或Si3N4 ； 襯底100為Ge襯底時,第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504的材料可以為高介電常數(shù)材料(例如HfO2)，第二段柵介質(zhì)503的材料可以為Al2O3或Si02。在本發(fā)明實施例中，第一段柵介質(zhì)502或第三段柵介質(zhì)504的材料相同，第一段柵介質(zhì)502或第三段柵介質(zhì)504可以延伸至第二段柵介質(zhì)503的頂部。也就是說，從簡化工藝，降低成本的角度考慮，第一段柵介質(zhì)502或第三段柵介質(zhì)504可以同時形成，并且形成在第二段柵介質(zhì)503的頂部的第一段柵介質(zhì)502或第三段柵介質(zhì)504可以不必去除。在本發(fā)明實施例中，優(yōu)選地，第三段柵介質(zhì)504的長度越長，其抑制雙極導(dǎo)線性的效果越好。故在實際運用中，可以設(shè)計第三段柵介質(zhì)的長度比例的大于前兩段。另外，需說明的是，本發(fā)明實施例僅以普通p-i-n型摻雜的隧穿晶體管為例進行描述，并不用于局限本發(fā)明，對于現(xiàn)有的或?qū)砜赡艹霈F(xiàn)的隧穿晶體管結(jié)構(gòu)，例如，pnpn型摻雜或者環(huán)柵結(jié)構(gòu)的隧穿晶體管，只要其不脫離本發(fā)明的原理和精神，均包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。圖2-10所示為本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法各步驟的結(jié)構(gòu)剖面圖，如圖2-10所示，該方法包括以下步驟步驟SOl :提供襯底100。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計要求(例如P型襯底或者η型襯底)，襯底100可以包括各種半導(dǎo)體襯底材料，例如硅、鍺、金剛石、碳化硅、砷化鎵、砷化銦或者磷化銦等等。襯底100可以包括各種摻雜配置。此外，襯底100可以可選地包括外延層，可以被應(yīng)力改變以增強其性能，以及也可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。在本實施例中，襯底100為SOI結(jié)構(gòu)，例如，從下至上依次包括Si層102、埋氧層104、表層Si層106，如圖2所示。可選地，可以對表層Si層106進行ρ型或η型弱摻雜以形成弱摻雜的溝道區(qū)。步驟S02 :在襯底100上形成犧牲柵介質(zhì)層108，在犧牲柵介質(zhì)層108上形成犧牲柵110，犧牲柵110覆蓋的襯底區(qū)域為溝道區(qū)200，如圖2所示。犧牲柵介質(zhì)層108可以采用常規(guī)淀積工藝形成，例如化學(xué)氣相淀積(CVD)、物理氣相淀積(PVD)、脈沖激光淀積(PLD)、 原子層淀積(ALD)、等離子體增強原子層淀積(PEALD)或其他方法。需指出的是，本實施例中其它介質(zhì)層(例如側(cè)墻、柵介質(zhì)層等)均可以采用上述常規(guī)淀積工藝形成，下文不再贅述。步驟S03 :在犧牲柵110的側(cè)壁形成側(cè)墻112，如圖3所示。側(cè)墻112可以包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、碳化硅、氟化物摻雜硅玻璃、低k介質(zhì)材料(例如碳氮化硅、碳氮氧化硅等)或其組合。步驟S04 :在溝道區(qū)200兩側(cè)分別形成具有第一類型重摻雜的源區(qū)300和具有第二類型重摻雜的漏區(qū)400。具體地，在本實施例中，通過涂布光刻膠保護漏區(qū)400，對源區(qū) 300區(qū)域采用ρ型摻雜劑例如B、BF2或其組合進行離子注入，然后退火以形成ρ型重摻雜的源區(qū)300，如圖4所示。同理，通過涂布光刻膠保護源區(qū)300，對漏區(qū)400區(qū)域采用η型摻雜劑例如As、P或其組合進行離子注入，然后退火以形成η型重摻雜的漏區(qū)400，如圖5所示。步驟S05 :去除犧牲柵110。具體地，可以包括以下步驟在犧牲柵介質(zhì)層108上形成層間介質(zhì)層114，如圖6所示；選擇性刻蝕犧牲柵110，如圖7所示。步驟S06 :去除位于溝道區(qū)200上的犧牲柵介質(zhì)層108，如圖7所示。具體地，可以通過選擇性刻蝕去除犧牲柵介質(zhì)層108，故在本實施例中，層間介質(zhì)層114與犧牲柵介質(zhì)層108的材料可以選擇有利于選擇性刻蝕的材料。為簡明起見，圖6-10中未示出位于源區(qū) 300和漏區(qū)400上的被層間介質(zhì)層114所覆蓋的犧牲柵介質(zhì)層108。步驟S07 :在溝道區(qū)200上靠近漏區(qū)400的部分形成第二段柵介質(zhì)503。具體地， 可以先在溝道區(qū)200上淀積第二段柵介質(zhì)材料層505，如圖8所示，然后通過光刻刻蝕掉靠近源區(qū)300的部分以及靠近漏區(qū)400的部分，僅留下中間部分，以形成第二段柵介質(zhì)503，如圖9所示。在本實施例中，襯底表層材料為Si，第二段柵介質(zhì)503的材料可以與溝道區(qū)材料結(jié)合性好的材料如SiO2或Si3N4。其中，第二段柵介質(zhì)503的材料如果是SiO2，通過改善由于高k介質(zhì)材料和Si的界面態(tài)高而導(dǎo)致的電子遷移率降低的缺陷，提高電子遷移率；第二段柵介質(zhì)503的材料如果是Si3N4，通過對溝道區(qū)中部引入局部應(yīng)力以改善電子遷移率。步驟S08 :在溝道區(qū)200上靠近源區(qū)300的部分和靠近漏區(qū)400的部分分別形成第一段柵介質(zhì)502、第三段柵介質(zhì)504，第二段柵介質(zhì)503的材料為不同于第一段柵介質(zhì)502 和第三段柵介質(zhì)504的材料。在本實施例中，為簡化工藝、降低成本，可以直接在暴露的溝道區(qū)200和已經(jīng)形成的第二段柵介質(zhì)503上淀積第一段柵介質(zhì)502的材料，以同時形成材料相同的第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504，且不需要去除形成在第二段柵介質(zhì)503頂部的第一段柵介質(zhì)材料，從而使后形成的第一段柵介質(zhì)502或第三段柵介質(zhì)504延伸至先形成的第二段柵介質(zhì)503的頂部，如圖10所示。在本實施例中，第一段柵介質(zhì)502的材料可以為高k介質(zhì)材料，通過對靠近源區(qū)的溝道區(qū)引入局部應(yīng)力，改變隧穿有效質(zhì)量，增大隧穿電流。三段柵介質(zhì)的材料的選擇基于不同的襯底材料以及隧穿晶體管的類型是不同的。 在本發(fā)明其它的實施例中，襯底100為Si襯底時，第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504 的材料可以為高k介質(zhì)材料(例如Al2O3)，第二段柵介質(zhì)503的材料可以為SiO2或Si3N4 ； 襯底100為Ge襯底時,第一段柵介質(zhì)502和第三段柵介質(zhì)504的材料可以為高介電常數(shù)材料(例如Hf2O3)，第二段柵介質(zhì)503的材料可以為Al2O3或Si02。步驟S09 :在第一段柵介質(zhì)502、第二段柵介質(zhì)503、第三段柵介質(zhì)504上形成柵極506。具體地，可以在芯片表面淀積柵極材料，例如多晶硅或金屬，然后對芯片表面進行 CMP (化學(xué)機械拋光)，以層間介質(zhì)層114為停止層，以去除形成在柵堆疊之外部分的柵極材料及柵介質(zhì)材料，至此，即得到如圖I所示的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管。需說明的是， 為簡明起見，形成在側(cè)墻112底部的層間介質(zhì)層108未在圖I中示出。本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管及其形成方法，針對隧穿晶體管的溝道區(qū)電阻特點，在溝道區(qū)頂部形成多段異質(zhì)柵介質(zhì)，以分別調(diào)節(jié)柵對位于其下的溝道區(qū)的控制，增強柵控能力，抑制隧穿晶體管器件的雙極導(dǎo)電性缺陷，提高隧穿晶體管器件的驅(qū)動性能。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管可以應(yīng)用于普通P-i-n 型、pnpn型或者環(huán)柵型等多種結(jié)構(gòu)的隧穿晶體管。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，應(yīng)該知道本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說明書中描述的特定實施例的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對于目前已存在或者以后即將開發(fā)出的工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對應(yīng)實施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對它們進行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護范圍內(nèi)。盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求及其等同限定。
權(quán)利要求
1.一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，其特征在于，包括襯底；形成在所述襯底中的溝道區(qū)；形成在所述襯底中、所述溝道區(qū)兩側(cè)的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)為第一類型重摻雜，所述漏區(qū)為第二類型重摻雜；和形成在所述襯底上的柵堆疊，所述柵堆疊包括位于所述溝道區(qū)上的柵介質(zhì)層和位于所述柵介質(zhì)層上的柵極，所述柵介質(zhì)層包括靠近所述源區(qū)的第一段柵介質(zhì)、靠近所述漏區(qū)的第三段柵介質(zhì)以及位于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)之間的第二段柵介質(zhì)，所述第二段柵介質(zhì)的材料為不同于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料。
2.如權(quán)利要求I所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，其特征在于，所述襯底為Si襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為 SiO2 或 Si3N4。
3.如權(quán)利要求I所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，其特征在于，所述襯底為Ge襯底，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為 Al2O3 或 SiO2。
4.如權(quán)利要求I所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，其特征在于，所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料相同，且所述第一段柵介質(zhì)或第三段柵介質(zhì)延伸至所述第二段柵介質(zhì)的頂部。
5.如權(quán)利要求I所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管，其特征在于，所述柵堆疊兩側(cè)形成有側(cè)墻。
6.一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，其特征在于，包括以下步驟提供襯底；在所述襯底上形成犧牲柵介質(zhì)層，在所述犧牲柵介質(zhì)層上形成犧牲柵，所述犧牲柵覆蓋的襯底區(qū)域為溝道區(qū)；在所述犧牲柵的側(cè)壁形成側(cè)墻；在所述溝道區(qū)兩側(cè)分別形成具有第一類型重摻雜的源區(qū)和具有第二類型重摻雜的漏區(qū)；去除所述犧牲柵；去除位于所述溝道區(qū)上的所述犧牲柵介質(zhì)層；在所述溝道區(qū)上的中間部分形成第二段柵介質(zhì)；在所述溝道區(qū)上靠近所述源區(qū)的部分以及靠近所述漏區(qū)的部分分別形成第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)，所述第二段柵介質(zhì)的材料為不同于所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料；在所述第一段、第二段、第三段柵介質(zhì)上形成柵極。
7.如權(quán)利要求6所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，其特征在于，所述襯底為Si襯底，所述第一段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為 SiO2 或 Si3N4。
8.如權(quán)利要求6所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，其特征在于，所述襯底為Ge襯底，所述第一段柵介質(zhì)的材料為高介電常數(shù)材料，所述第二段柵介質(zhì)的材料為Al2O3 或 SiO2。
9.如權(quán)利要求6所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，其特征在于，形成所述第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)包括在所述溝道區(qū)和所述第二段柵介質(zhì)上形成介質(zhì)材料，以同時形成材料相同的第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)，且所述第一段柵介質(zhì)或第三段柵介質(zhì)延伸至所述第二段柵介質(zhì)的頂部。
10.如權(quán)利要求6所述的具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管的形成方法，其特征在于，去除所述犧牲柵的步驟包括在所述犧牲柵介質(zhì)層上形成層間介質(zhì)層；選擇性刻蝕所述犧牲柵。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有異質(zhì)柵介質(zhì)的隧穿晶體管及其形成方法，該隧穿晶體管包括襯底；形成在襯底中的溝道區(qū)以及溝道區(qū)兩側(cè)的摻雜類型相反的源區(qū)和漏區(qū)；形成在溝道區(qū)上的柵介質(zhì)層和位于柵介質(zhì)層上的柵極，柵介質(zhì)層包括靠近源區(qū)的第一段柵介質(zhì)、靠近漏區(qū)的第三段柵介質(zhì)以及位于第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)之間的第二段柵介質(zhì)，第二段柵介質(zhì)的材料為不同于第一段柵介質(zhì)和第三段柵介質(zhì)的材料。其中，第一段柵介質(zhì)通過對溝道區(qū)引入局部應(yīng)力，改變隧穿有效質(zhì)量，增大隧穿電流；第二段柵介質(zhì)通過減少界面態(tài)或?qū)系绤^(qū)引入局部應(yīng)力，提高電子遷移率；第三段柵介質(zhì)通過改善柵對溝道的控制力，抑制短溝道效應(yīng)，減小隧穿晶體管中特有的雙極導(dǎo)電效應(yīng)。
文檔編號H01L21/336GK102593180SQ20121006745
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月14日
發(fā)明者崔寧, 梁仁榮, 王敬, 許軍 申請人:清華大學(xué)