隧穿场效应晶体管及其形成方法技术

一种隧穿场效应晶体管及其形成方法，方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有沟道区，所述沟道区表面具有栅极结构，分别在栅极结构两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层，第一硅化物层和第二硅化物层到栅极结构侧壁的距离大于零；在第一硅化物层和栅极结构之间形成第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一离子；在第二硅化物层和栅极结构之间形成第二掺杂区，所述第二掺杂区具有第二离子，所述第一离子和第二离子导电类型相反。所述方法提高了隧穿场效应晶体管的性能。

Tunneling FET and its formation method

【技术实现步骤摘要】
隧穿场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种隧穿场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展，作为半导体核心器件的CMOS器件的特征尺寸不断缩小。随之而来，器件的短沟道效应等负面影响也愈加严重。漏致势垒降低、带带隧穿等效应使得器件关态漏泄电流不断增大，同时，传统MOSFET的亚阈值斜率收到热电势的限制无法随着器件尺寸的缩小而同步减小，由此增加了器件功耗。功耗问题如今已经成为限制器件等比例缩小的最严峻的问题。为了能将器件应用在超低压低功耗领域，采用新型导通机制而获得超陡亚阈值斜率的器件结构和工艺制备方法已经成为小尺寸器件下大家关注的焦点。由于隧穿场效应晶体管(TunnelingField-EffectTransistor，简称为TFET)的源漏掺杂类型相反，利用栅极控制反向偏置的P-I-N结的带带隧穿实现导通，能突破传统MOSFET亚阈值斜率60Mv/dec的限制，并且其漏电流非常小没有短沟道效应的问题，且由于其亚阈值摆幅可小于60mV/decade，可使用更低的工作电压，隧穿场效应晶体管被认为是CMOS晶体管的继承者。TFET具有低漏电流、低阈值斜率、低工作电压和低功耗等诸多优异特性，但TFET面临着开态电流小，驱动能力差的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种隧穿场效应晶体管及其形成方法，以提高隧穿场效应晶体管的性能。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种隧穿场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有沟道区，所述沟道区表面具有栅极结构，分别在栅极结构两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层，第一硅化物层和第二硅化物层到栅极结构侧壁的距离大于零；在第一硅化物层和栅极结构之间形成第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一离子；在第二硅化物层和栅极结构之间形成第二掺杂区，所述第二掺杂区具有第二离子，所述第一离子和第二离子导电类型相反。可选的，所述第一硅化物层和第二硅化物层的材料包括：金属层或金属硅化物层。可选的，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成第一凹槽和第二凹槽；在所述第一凹槽内形成所述第一硅化物层；在所述第二凹槽内形成所述第二硅化物层。可选的，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成第一凹槽和第二凹槽；在所述第一凹槽内和第二凹槽内形成金属层；对所述金属层、第一凹槽底部的半导体衬底和第二凹槽底部的半导体衬底进行退火处理，在所述第一凹槽内形成所述第一硅化物层；在所述第二凹槽内形成所述第二硅化物层。可选的，所述第一硅化物层底部的半导体衬底内具有第三掺杂区，所述第二硅化物层底部的半导体衬底内具有第四掺杂区；所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成初始第三掺杂区和初始第四掺杂区，所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区掺杂类型相同；对所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区进行金属硅化处理，形成第三掺杂区和位于第三掺杂区表面的第一硅化物层，形成第四掺杂区和位于第四掺杂区表面的第二硅化物层。可选的，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法还包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成初始第三掺杂区和初始第四掺杂区，所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区掺杂类型相同；对所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区进行金属硅化处理，使得所述初始第三掺杂区形成为第一硅化物层，使得所述初始第四掺杂区形成为第二硅化物层。可选的，其特征在于，所述第一硅化物层底部表面低于第一掺杂区底部表面，或者所述第一硅化物层底部表面与第一掺杂区底部表面齐平。可选的，其特征在于，所述第二硅化物层底部表面低于第二掺杂区底部表面，或者所述第二硅化物层底部表面与第二掺杂区底部表面齐平。可选的，所述第一掺杂区和第二掺杂区的形成方法包括：在栅极结构两侧形成侧墙；形成侧墙后，在栅极结构和侧墙两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层；形成第一硅化物层和第二硅化物层后，去除侧墙；在去除所述侧墙之后，对所述栅极结构一侧的半导体衬底进行第一离子注入，形成所述第一掺杂区；形成第一掺杂区后，对所述栅极结构另一侧的半导体衬底进行第二离子注入，形成所述第二掺杂区。可选的，所述侧墙的厚度为10nm～16nm。可选的，所述第一掺杂区还具有第三掺杂离子，当所述第一离子的导电类型为P型时，所述第三掺杂离子为锗离子、锡离子，锑离子或者碳离子；当所述第一离子的导电类型为N型时，所述第三掺杂离子为碳离子、氮离子或锗离子。可选的，所述第二掺杂区还具有第四掺杂离子；所述第二离子的导电类型为N型时，所述第四掺杂离子为碳离子、氮离子或锗离子；当所述第二离子的导电类型为P型时，所述第四掺杂离子包括：锗离子、锡离子，锑离子或者碳离子。可选的，所述第一掺杂区的形成工艺为第一离子注入工艺，所述第一离子注入工艺的参数包括：所述注入离子包括硼离子和锗离子或者BF2-离子和锗离子，硼离子能量范围为0.5KeV～2KeV，锗离子能量范围为10KeV～50KeV，剂量范围为3E14atom/cm2～6E14atom/cm2；或者BF2-离子能量范围为0.5KeV～2KeV，锗离子能量范围为10KeV～50KeV。可选的，所述第二掺杂区的形成工艺为第二离子注入工艺，所述第二离子注入工艺的参数包括：所述注入离子包括磷离子和碳离子，磷离子能量范围为2KeV～10KeV，碳离子能量范围为3KeV～15KeV，剂量范围为3E14atom/cm2～6E14atom/cm2。可选的，，还包括：形成第一掺杂区和第二掺杂区后，在所述半导体衬底上形成介质层，所述介质层覆盖伪栅极结构侧壁；去除伪栅极结构，在所述介质层内形成栅开口；在所述栅开口内形成栅极结构。可选的，形成第一掺杂区和第二掺杂区后，形成介质层前，还包括：在所述伪栅极结构两侧形成保护侧墙，所述保护侧墙覆盖第一掺杂区和第二掺杂区顶部表面，所述保护侧墙覆盖伪栅极结构侧壁，所述介质层覆盖保护侧墙侧壁。可选的，所述保护侧墙的厚度为7nm～12nm。可选的，所述保护侧墙的材料包括：氢原子百分比为0.1％～1％的氮化硅。可选的，形成栅开口后，形成栅极结构前，还包括对所述栅开口暴露出的半导体衬底进行第三离子注入，所述注入离子为第五掺杂离子。相应的，本专利技术还提供一种隧穿场效应晶体管，包括：半导体衬底，所述半导体衬底内具有沟道区，所述沟道区表面具有栅极结构；位于栅极结构两侧的半导体衬底内的第一硅化物层和第二硅化物层，第一硅化物层和第二硅化物层到栅极结构侧壁的距离大于零；位于第一硅化物层和栅极结构之间形成第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一离子；位于第二硅化物层和栅极结构之间形成第二掺杂区，所述第二掺杂区具有第二离子，所述第一离子和第二离子导电类型相反。与现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：/n提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有沟道区，所述沟道区表面具有栅极结构，分别在栅极结构两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层，第一硅化物层和第二硅化物层到栅极结构侧壁的距离大于零；/n在第一硅化物层和栅极结构之间形成第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一离子；/n在第二硅化物层和栅极结构之间形成第二掺杂区，所述第二掺杂区具有第二离子，所述第一离子和第二离子导电类型相反。/n

【技术特征摘要】
1.一种隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：
提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有沟道区，所述沟道区表面具有栅极结构，分别在栅极结构两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层，第一硅化物层和第二硅化物层到栅极结构侧壁的距离大于零；
在第一硅化物层和栅极结构之间形成第一掺杂区，所述第一掺杂区具有第一离子；
在第二硅化物层和栅极结构之间形成第二掺杂区，所述第二掺杂区具有第二离子，所述第一离子和第二离子导电类型相反。


2.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层和第二硅化物层的材料包括：金属层或金属硅化物层。


3.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成第一凹槽和第二凹槽；在所述第一凹槽内形成所述第一硅化物层；在所述第二凹槽内形成所述第二硅化物层。


4.根据权利要求3所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成第一凹槽和第二凹槽；在所述第一凹槽内和第二凹槽内形成金属层；对所述金属层、第一凹槽底部的半导体衬底和第二凹槽底部的半导体衬底进行退火处理，在所述第一凹槽内形成所述第一硅化物层；在所述第二凹槽内形成所述第二硅化物层。


5.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层底部的半导体衬底内具有第三掺杂区，所述第二硅化物层底部的半导体衬底内具有第四掺杂区；所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成初始第三掺杂区和初始第四掺杂区，所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区掺杂类型相同；对所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区进行金属硅化处理，形成第三掺杂区和位于第三掺杂区表面的第一硅化物层，形成第四掺杂区和位于第四掺杂区表面的第二硅化物层。


6.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层和第二硅化物层的形成方法还包括：在栅极结构两侧的半导体衬底内分别形成初始第三掺杂区和初始第四掺杂区，所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区掺杂类型相同；对所述初始第三掺杂区和初始第四掺杂区进行金属硅化处理，使得所述初始第三掺杂区形成为第一硅化物层，使得所述初始第四掺杂区形成为第二硅化物层。


7.根据权利要求3、5或6所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一硅化物层底部表面低于第一掺杂区底部表面，或者所述第一硅化物层底部表面与第一掺杂区底部表面齐平。


8.根据权利要求3、5或6所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二硅化物层底部表面低于第二掺杂区底部表面，或者所述第二硅化物层底部表面与第二掺杂区底部表面齐平。


9.根据权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一掺杂区和第二掺杂区的形成方法包括：在栅极结构两侧形成侧墙；形成侧墙后，在栅极结构和侧墙两侧的半导体衬底内形成第一硅化物层和第二硅化物层；形成第一硅化物层和第二硅化物层后，去除侧墙；在去除所述侧墙之后，对所述栅极结构一侧的半导体衬底进行第一离子注入，形成所述第一掺杂区；形成第一掺杂区后，对所述栅极结构另一侧的半导体衬底进行第二离子注入，形成所述第二掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵猛，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31