带内隧道FET制造技术

本发明专利技术涉及带内隧道FET，其具有能够提供高驱动电流的对称FET。在一些实施例中，所公开的带内隧道FET具有第一掺杂类型的源极区和第一掺杂类型的漏极区。源极区和漏极区通过沟道区间隔开。栅极区可以生成改变沟道区中的价带和/或导带的位置的电场。通过控制沟道区的价带和/或导带的位置，可以控制电荷载流子在源极区中和漏极区中的导带之间或者源极区中和漏极区中的价带之间的量子力学隧穿。

【技术实现步骤摘要】
带内隧道FET相关申请的参考本申请是要求GerbenDoornbos和KrishnaKumarBhuwalka于2013年3月13日提交的标题为“Intra-BandTunnelFET”的临时申请序列号为61/778,634的优先权的非临时申请，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地，涉及半导体器件及其形成方法。
技术介绍
场效应晶体管（FET）广泛用于集成芯片中。FET包括源极、漏极和栅极。通过将偏压施加至栅极，可以控制源极和漏极之间的电流。当晶体管处于亚阈值区域（即，对于低于阈值电压的栅源电压）内时，FET的亚阈值漏极电流是在FET的源极和漏极之间流动的电流。由于很大的亚阈值斜率改进导通电流和截止电流之间的比率，所以通常期望很大的亚阈值斜率（即，很小的亚阈值摆动），因此，减小了泄漏电流。随着半导体工业减小晶体管的尺寸，还降低了电源电压，以降低功耗并且保持器件的可靠性。降低电源电压减少器件的导通和截止状态之间的栅极电压摆动。为了防止性能降低，可以减小阈值电压。然而，阈值电压减小是亚阈值漏极电流的函数，因此，根据亚阈值摆动的有限性对阈值电压减小进行限定。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种带内隧道场效应晶体管（TFET）器件，包括：源极区，通过沟道区与漏极区间隔开，其中，所述源极区、所述漏极区和所述沟道区具有在所述源极区和所述漏极区之间形成能量势垒的能带以具有不同于价带偏移量的导带偏移量的；以及栅极区，被配置成生成改变所述能量势垒的电场，以选择性地允许导带内的电子的量子力学隧穿，或者选择性地允许价带内的空穴的量子力学隧穿。在该带内TFET器件中，所述栅极区在所述源极区和所述漏极区之间位于所述沟道区上方的位置处。在该带内TFET器件中，所述栅极区在与所述沟道区内的电荷载流子的流动平行的方向上的长度在约4nm和约10nm之间的范围内。在该带内TFET器件中，所述栅极区位于通过所述源极区或所述漏极区与所述沟道区间隔开的位置处。在该带内TFET器件中，所述沟道区的第一掺杂类型与所述源极区和所述漏极区的第二掺杂类型相反。在该带内TFET器件中，所述导带偏移量的值在约0.1eV（电子伏特）和约0.2eV之间的范围内，并且所述价带偏移量的值大于约0.5eV。在该带内TFET器件中，所述源极区和所述漏极区具有n型掺杂浓度；以及所述源极区和所述沟道区之间的所述价带偏移量是所述源极区和所述沟道区之间的所述导带偏移量的至少两倍。在该带内TFET器件中，所述源极区和所述漏极区包括砷化镓或锑砷化镓；以及所述沟道区包括砷化铝、硒化或磷化铟。在该带内TFET器件中，所述源极区和所述漏极区具有p型掺杂浓度；以及所述源极区和所述沟道区之间的导带偏移量是所述源极区和所述沟道区之间的价带偏移量的至少两倍。在该带内TFET器件中，所述源极区和所述漏极区包括砷化铟铝或砷化铟；以及所述沟道区包括磷化铟或锑砷化铝。根据本专利技术的另一方面，提供了一种带内隧道场效应晶体管（TFET）器件，包括：源极区，包括具有两种以上的半导体元素的源极化合物，所述源极区具有第一掺杂类型和第一带隙值；漏极区，包括具有两种以上的半导体元素的漏极化合物，所述源极区具有所述第一掺杂类型和第二带隙值；沟道区，包括具有两种以上的半导体元素的沟道化合物并位于所述源极区和所述漏极区之间，所述沟道区的第三带隙值大于所述第一带隙值和所述第二带隙值，所述第三带隙值在所述源极区和所述漏极区之间形成能量势垒；以及栅极区，被配置成生成电场，所述电场控制电荷载流子在所述源极区中的导带和所述漏极区中的导带之间或者所述源极区中的价带和所述漏极区中的价带之间的量子力学隧穿。在该带内TFET器件中，所述栅极区在所述源极区和所述漏极区之间位于所述沟道区上方的位置处。在该带内TFET器件中，所述栅极区位于通过所述源极区或所述漏极区与所述沟道区间隔开的位置处。在该带内TFET器件中，其中，所述源极区和所述漏极区包括选自由砷化镓、锑砷化镓、砷化铟铝或砷化铟所组成的组中的两种以上半导体元素。在该带内TFET器件中，其中，所述沟道区包括选自由砷化铝、硒化锌、磷化铟或锑砷化铝所组成的组中的两种以上的半导体元素。在该带内TFET器件中，所述源极区包括在沿着与衬底垂直的旋转轴延伸的位置处设置在所述衬底上的半导体本体；所述沟道区设置在邻近所述半导体本体的位置处，所述沟道区与所述旋转轴间隔开比所述半导体本体更大的半径；以及所述漏极区设置在邻近所述沟道区的位置处，所述漏极区与所述旋转轴间隔开比所述沟道区更大的半径。该带内TFET器件进一步包括：第一间隔件，设置在所述衬底和所述漏极区之间；以及第二间隔件，设置在所述半导体本体和所述沟道层与漏极接触件之间，所述漏极接触件电连接至所述漏极区。根据本专利技术的又一方面，提了个一种形成带内隧道场效应晶体管的方法，包括：形成具有第一掺杂类型的源极区；形成具有第一掺杂类型的漏极区；形成位于所述源极区和所述漏极区之间的沟道区；以及形成栅极区，所述栅极区被配置成生成控制电子或空穴在所述源极区和所述漏极区之间的量子力学隧穿的电场，其中，所述源极区、所述漏极区以及所述沟道区具有不同于价带偏移量的导带偏移量，以在所述源极区和所述漏极区之间形成能量势垒，从而选择性地允许导带内的电子的量子力学隧穿或选择性地允许所述价带内的空穴的量子力学隧穿。在该方法中，所述导带偏移量的值在约0.1eV和约0.2eV之间的范围内，并且所述价带偏移量的值大于约0.5eV。在该方法中，所述源极区、所述漏极区以及所述沟道区包括具有两种以上的半导体元素的化合物。附图说明图1示出显示用于在导通状态和截止状态期间的带间（inter-band）隧道场效应晶体管（FET）的能带图的带示图。图2示出所公开的带内（intra-band）隧道FET的一些实施例的框图。图3A至图3C示出n型带内隧道FET的一些实施例。图4A至图4C示出p型带内隧道FET的一些实施例。图5A和图5B示出被配置成执行线性遂穿（linetunneling）的所公开的带内隧道FET的一些实施例。图6A和图6B示出包括纳米线的所公开的带内隧道FET的一些实施例。图7是形成所公开的带内隧道FET的方法的一些实施例的流程图。具体实施方式本文中参考附图进行描述，其中，类似参考标号通常用于指定类似元件，并且多种结构不必须按比例绘制。在以下说明书中，为了解释的目的，阐述大量具体细节，以便于理解。应该理解，附图的细节不旨在限制本专利技术，而是非限制性实施例。例如，然而，本领域普通技术人员应该理解，通过更少程度的这些具体细节可以实现本文中所述的一个或多个方面。在其他实例中，以框图形式示出已知结构和装置，以便于理解。当前，CMOS技术的规模缩小面临由于金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件的亚阈值斜率（SS）的不可伸缩性所带来的挑战。具有陡峭亚阈值斜率的特征的器件呈现截止状态和导通状态之间的快速过渡和可扩展的电源电压。然而，由于温度依赖性（即，在室温下通过KT/q限定亚阈值摆动以约为60mV/dec）所导致的传统MOSFET器件的亚阈值斜率被限制。在传统FET中，亚阈值摆动在室温下绝不小于约60mV/de本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种带内隧道场效应晶体管（TFET）器件，包括：源极区，通过沟道区与漏极区间隔开，其中，所述源极区、所述漏极区和所述沟道区具有在所述源极区和所述漏极区之间形成能量势垒的能带以具有不同于价带偏移量的导带偏移量的；以及栅极区，被配置成生成改变所述能量势垒的电场，以选择性地允许导带内的电子的量子力学隧穿，或者选择性地允许价带内的空穴的量子力学隧穿。

【技术特征摘要】
2013.03.13 US 61/778,634;2013.04.16 US 13/863,4891.一种带内隧道场效应晶体管(TFET)器件，包括：源极区，通过沟道区与漏极区间隔开，其中，所述源极区、所述漏极区和所述沟道区具有能带，所述能带在所述源极区和所述漏极区之间的导带内形成第一单能量势垒，并且在所述源极区和所述漏极区之间的价带内形成第二单能量势垒，其中，所述第一单能量势垒具有不同于所述第二单能量势垒的价带偏移量的导带偏移量；以及栅极区，被配置成生成改变所述能量势垒的电场，以选择性地允许导带内的电子的量子力学隧穿，或者选择性地允许价带内的空穴的量子力学隧穿。2.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述栅极区在所述源极区和所述漏极区之间位于所述沟道区上方的位置处。3.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述栅极区在与所述沟道区内的电荷载流子的流动平行的方向上的长度在约4nm和约10nm之间的范围内。4.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述栅极区位于通过所述源极区或所述漏极区与所述沟道区间隔开的位置处。5.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述沟道区的第一掺杂类型与所述源极区和所述漏极区的第二掺杂类型相反。6.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述导带偏移量的值在约0.1eV(电子伏特)和约0.2eV之间的范围内，并且所述价带偏移量的值大于约0.5eV。7.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述源极区和所述漏极区具有n型掺杂浓度；以及所述源极区和所述沟道区之间的所述价带偏移量是所述源极区和所述沟道区之间的所述导带偏移量的至少两倍。8.根据权利要求7所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述源极区和所述漏极区包括砷化镓或锑砷化镓；以及所述沟道区包括砷化铝、硒化或磷化铟。9.根据权利要求1所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述源极区和所述漏极区具有p型掺杂浓度；以及所述源极区和所述沟道区之间的导带偏移量是所述源极区和所述沟道区之间的价带偏移量的至少两倍。10.根据权利要求9所述的带内隧道场效应晶体管器件，其中，所述源极区和所述漏极区包括砷化铟铝或砷化铟；以及所述沟道区包括磷化铟或锑砷化铝。11.一种带内隧道场效应晶体管(TFET)器件，包括：源极区，包括具有两种以上的半导体元素的源极化合物，所述源极区具有第一掺杂类型和第一带隙值；漏极区，包括具有两种以上的半导体元素的漏极化合物，所述源极区具有所述第一掺杂类型和第二带隙...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈本·多恩伯斯，克里希纳·库马尔·布瓦尔卡，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71