隧穿场效应晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种隧穿场效应晶体管及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：S1，在衬底上形成与衬底隔离的第一鳍体，第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将第一鳍体中的第二区域形成纳米线结构；S3，绕纳米线结构的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层、铁电层和栅极，以及，制备方法还包括以下步骤：在第一区域中形成源极，在第三区域中形成漏极，源极和漏极分别与纳米线结构的两端连接，且源极与漏极的掺杂类型相反。上述制备方法提高了器件的栅控能力，降低了器件的漏电流，减小了器件的源漏寄生电阻，且能够使器件的亚阈值斜率大大低于60mV/dec，功耗更低。

Tunneling field effect transistor and its preparation method

The invention provides a tunnel field effect transistor and a preparation method thereof. The preparation method includes the following steps: S1, a first fin that is isolated from a substrate on a substrate, the first fin is composed of a first area, a second region, and a third region along the length direction, and the S2, the second region in the first fin is formed by the nanowire structure; S3, the naked surface sequence around the nanowire structure A cascade of interfacial oxidation layer, ferroelectric layer and gate, and the preparation method also includes the following steps: forming a source in the first region, forming a drain in the third region, the source and the drain connected to both ends of the nanowire structure, and the source pole and the leakage type of doping type. This method improves the gate control capability of the device, reduces the leakage current of the device, reduces the source leakage resistance of the device, and can make the sub threshold slope of the device much lower than 60mV/dec, and the power consumption is lower.

【技术实现步骤摘要】
隧穿场效应晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，具体而言，涉及一种隧穿场效应晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着器件不断萎缩，传统的鳍型场效应晶体管(FinFET)面临严重退化的亚阈值特性、急剧增加的源漏穿通漏电流和栅介质隧穿漏电流、提高驱动性能和降低系统功耗对工作电压的矛盾需求、以及工艺变异导致的电学参数统计涨落(StatisticalFluctuations)等多方面的严峻挑战。因此更加陡直的亚阈值斜率意味着可以得到更低的阈值电压和更低的功耗，而传统的MOSFET由于其物理特性的限制，其亚阈值斜率不能低于60mV/dec。如何通过优化器件结构和制造工艺来提供更低的亚阈值斜率并优化栅控，仍是鳍型场效应晶体管必须要解决的技术难题。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种隧穿场效应晶体管及其制备方法，以解决现有技术中鳍型场效应晶体管的亚阈值斜率较高的问题。为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种隧穿场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤：S1，在衬底上形成与衬底隔离的第一鳍体，第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将第一鳍体中的第二区域形成纳米线结构；S3，绕纳米线结构的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层、铁电层和栅极，以及，制备方法还包括以下步骤：在第一区域中形成源极，在第三区域中形成漏极，源极和漏极分别与纳米线结构的两端连接，且源极与漏极的掺杂类型相反。进一步地，步骤S1包括以下步骤：S11，在衬底上形成鳍结构，鳍结构的两侧具有相对的凹槽；S12，将鳍结构氧化，其中凹槽对应的鳍结构的位置被完全氧化以使鳍结构形成独立的第一鳍体和第二鳍体，第一鳍体位于第二鳍体远离衬底的一侧；S13，在衬底上沉积绝缘材料，以形成覆盖第一鳍体和第二鳍体的第一隔离层；S14，对第一隔离层进行平坦化处理，以使第一隔离层与第一鳍体的上表面齐平。进一步地，步骤S11包括以下过程：S111，在衬底上顺序形成第二隔离层、牺牲层和掩膜层；S112，采用图形化工艺去除部分牺牲层和掩膜层，以使部分第二隔离层表面裸露；S113，去除剩余的掩膜层，并在第二隔离层上形成覆盖于牺牲层两侧的第一侧墙；S114，去除剩余的牺牲层，并以第一侧墙为掩膜去除部分第二隔离层和部分衬底，与第一侧墙对应的部分衬底凸起形成鳍结构，同时鳍结构的两侧形成有凹槽，凹槽由鳍结构的1/3高度处延伸至2/3高度处。进一步地，形成鳍结构的过程包括：采用各向异性刻蚀工艺去除部分第二隔离层和部分衬底，以使剩余的衬底具有凸起结构；采用各向同性刻蚀工艺在凸起结构的两侧形成凹槽；采用各向异性刻蚀工艺去除位于凹槽下方的部分衬底，以形成具有凹槽的鳍结构。进一步地，在步骤S1与步骤S2之间，制备方法还包括以下步骤：从第一隔离层的表面开始刻蚀去除部分第一隔离层，以使部分第一鳍体裸露；在剩余的第一隔离层上形成跨部分第一鳍体的假栅堆叠，并在假栅堆叠的两侧形成跨部分第一鳍体的第二侧墙；去除假栅堆叠，位于第二侧墙之间的部分第一鳍体为第二区域。进一步地，在形成第二侧墙的步骤以及去除假栅堆叠的步骤之间，在第一区域中形成源极，并在第三区域中形成漏极。进一步地，步骤S2包括：使第一鳍体中的第二区域完全裸露，在氢气氛围下对第二区域进行退火处理，以将部分第一鳍体形成纳米线结构，优选氢气氛围的压强为10～50mT，退火处理的温度为650～950℃，时间为10～300s；或使第一鳍体中的第二区域部分氧化，以将第二区域形成纳米线结构以及包裹纳米线结构的氧化层，去除氧化层以使纳米线结构裸露，优选采用湿法刻蚀工艺去除氧化层，湿法刻蚀工艺的腐蚀剂包括DHF。进一步地，在步骤S3中，采用臭氧处理绕纳米线结构的裸露表面形成界面氧化层。进一步地，在步骤S3中，采用原子层沉积工艺绕界面氧化层的裸露表面形成铁电层。进一步地，形成铁电层的材料包括HfZrO和/或HfSiO。进一步地，在形成铁电层与栅极的步骤之间，步骤S3还包括以下步骤：绕铁电层的外周形成功函数层。进一步地，采用原子层沉积工艺绕铁电层的裸露表面形成功函数层。进一步地，衬底为N型掺杂，功函数层的能隙为4.1～4.4eV，优选形成功函数层的材料为TiAl；或衬底为P型掺杂，功函数层的能隙为4.7～4.9eV，优选形成功函数层的材料为TiN。进一步地，在形成栅极的步骤之后，在第一区域中形成源极，并在第三区域中形成漏极。根据本专利技术的另一方面，提供了一种隧穿场效应晶体管，包括：衬底；第一鳍体，位于衬底上，第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成，且第二区域为纳米线结构；第一隔离层，设置于衬底与第一鳍体之间，用于将第一鳍体与衬底隔离；界面氧化层，环绕纳米线结构；铁电层，环绕界面氧化层；栅极，环绕铁电层；源极，位于第一区域中，且源极与纳米线结构的一端连接；以及漏极，位于第三区域中，且漏极与第二区域的另一端连接，且源极与漏极的掺杂类型相反。进一步地，隧穿场效应晶体管还包括环绕铁电层的功函数层，功函数层设置于铁电层与栅极之间。进一步地，隧穿场效应晶体管还包括覆盖栅极两侧且跨第一鳍体的第二侧墙。应用本专利技术的技术方案，提供了一种隧穿场效应晶体管的制备方法，该制备方法中在形成与衬底隔离的第一鳍体，且第一鳍体由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成后，将第一鳍体的第二区域形成纳米线结构，并环绕该纳米线结构顺序形成界面氧化层、铁电层和栅极，由于栅极四面包裹用于形成沟道的纳米线结构，从而使提高了器件的栅控能力，在器件关断情况下，沟道中的载流子将会被完全耗尽，这使得源漏穿通漏电流得到很好的抑制；由于上述制备方法中得到的第一鳍体整体与衬底完全分离，隔绝了衬底方向漏电通路，从而降低了器件的漏电流；由于只是将鳍结构中作为沟道的部分形成纳米线，从而使源/漏极能够维持原来形状，一方面有效地避免了短沟道效应，优化了亚阈值特性，同时使器件能够具有较低的寄生电阻；并且，由于形成上述铁电层的材料为负电容材料，具有极化特性，且该器件利用栅控制反向PN结遂穿机理，开关速度更快，从而能够使器件的亚阈值斜率大大低于60mV/dec，功耗更低。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1示出了在本申请实施方式所提供的隧穿场效应晶体管的制备方法中，在衬底上顺序形成第二隔离层、牺牲层和掩膜层后的基体剖面结构示意图；图2示出了去除图1所示的部分牺牲层和掩膜层，以使部分第二隔离层表面裸露后的基体剖面结构示意图；图3示出了去除图2所示的剩余的掩膜层，并在第二隔离层上形成覆盖于牺牲层两侧的第一侧墙后的基体剖面结构示意图；图4示出了去除图3所示的牺牲层后的基体剖面结构示意图；图5示出了在图4所示的基体中形成具有凹槽的鳍结构的基体剖面结构示意图；图6示出了将图5所示的鳍结构氧化，以使鳍结构形成独立的第一鳍体和第二鳍体后的基体剖面结构示意图；图7示出了形成覆盖图6所示的第一鳍体和第二鳍体的第一隔离层，并使部分第一鳍体裸露后的基体剖面结构示意图；图8示出了在图7所示的基体中形成第二侧墙后的基体立体透视图；图9示出了使图7所示的第一鳍体中的所述第二区域完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在衬底(10)上形成与所述衬底(10)隔离的第一鳍体(111)，所述第一鳍体(111)由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将所述第一鳍体(111)中的所述第二区域形成纳米线结构(120)；S3，绕所述纳米线结构(120)的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层(50)、铁电层(60)和栅极(80)，以及，所述制备方法还包括以下步骤：在所述第一区域中形成源极(410)，在所述第三区域中形成漏极(420)，所述源极(410)和所述漏极(420)分别与所述纳米线结构(120)的两端连接，且所述源极(410)与所述漏极(420)的掺杂类型相反。

【技术特征摘要】
1.一种隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，在衬底(10)上形成与所述衬底(10)隔离的第一鳍体(111)，所述第一鳍体(111)由沿长度方向顺次连接的第一区域、第二区域和第三区域组成；S2，将所述第一鳍体(111)中的所述第二区域形成纳米线结构(120)；S3，绕所述纳米线结构(120)的裸露表面顺序形成层叠的界面氧化层(50)、铁电层(60)和栅极(80)，以及，所述制备方法还包括以下步骤：在所述第一区域中形成源极(410)，在所述第三区域中形成漏极(420)，所述源极(410)和所述漏极(420)分别与所述纳米线结构(120)的两端连接，且所述源极(410)与所述漏极(420)的掺杂类型相反。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下步骤：S11，在衬底(10)上形成鳍结构(110)，所述鳍结构(110)的两侧具有相对的凹槽；S12，将所述鳍结构(110)氧化，其中所述凹槽对应的所述鳍结构(110)的位置被完全氧化以使所述鳍结构(110)形成独立的所述第一鳍体(111)和第二鳍体(112)，所述第一鳍体(111)位于所述第二鳍体(112)远离所述衬底(10)的一侧；S13，在所述衬底(10)上沉积绝缘材料，以形成覆盖所述第一鳍体(111)和所述第二鳍体(112)的第一隔离层(30)；S14，对所述第一隔离层(30)进行平坦化处理，以使所述第一隔离层(30)与所述第一鳍体(111)的上表面齐平。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S11包括以下过程：S111，在所述衬底(10)上顺序形成第二隔离层(210)、牺牲层(220)和掩膜层(230)；S112，采用图形化工艺去除部分所述牺牲层(220)和所述掩膜层(230)，以使部分所述第二隔离层(210)表面裸露；S113，去除剩余的所述掩膜层(230)，并在所述第二隔离层(210)上形成覆盖于所述牺牲层(220)两侧的第一侧墙(240)；S114，去除剩余的所述牺牲层(220)，并以所述第一侧墙(240)为掩膜去除部分所述第二隔离层(210)和部分所述衬底(10)，与所述第一侧墙(240)对应的部分所述衬底(10)凸起形成所述鳍结构(110)，同时所述鳍结构(110)的两侧形成有所述凹槽，所述凹槽由所述鳍结构(110)的1/3高度处延伸至2/3高度处。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，形成所述鳍结构(110)的过程包括：采用各向异性刻蚀工艺去除部分所述第二隔离层(210)和部分所述衬底(10)，以使剩余的所述衬底(10)具有凸起结构；采用各向同性刻蚀工艺在所述凸起结构的两侧形成所述凹槽；采用各向异性刻蚀工艺去除位于所述凹槽下方的部分所述衬底(10)，以形成具有所述凹槽的所述鳍结构(110)。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述步骤S1与所述步骤S2之间，所述制备方法还包括以下步骤：从所述第一隔离层(30)的表面开始刻蚀去除部分所述第一隔离层(30)，以使部分所述第一鳍体(111)裸露；在剩余的所述第一隔离层(30)上形成跨部分所述第一鳍体(111)的假栅堆叠，并在所述假栅堆叠的两侧形成跨部分所述第一鳍体(111)的第二侧墙；去除所述假栅堆叠，位于所述第二侧墙之间的部分所述第一鳍体(111)为所述第二区域。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在形成所述第二侧墙的步骤以及去除所述假栅堆叠的步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：张青竹，张兆浩，殷华湘，徐忍忍，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11