隧穿场效晶体管结构与其制作方法技术

技术编号:19906702 阅读:27 留言:0更新日期:2018-12-26 03:55
本发明专利技术公开一种隧穿场效晶体管结构与其制作方法。该隧穿场效晶体管的制作方法,包含提供一基底,其上包含有一鳍状结构,其中该鳍状结构包含有一第一导电型态,接着形成一介电层位于该基底以及该鳍状结构上,并形成一栅极凹槽于该介电层中,然后在该栅极凹槽内形成一第一功函数金属层,该第一功函数金属层至少定义有一左部分、一右部分以及一中央部分,之后进行一蚀刻步骤,以移除该第一功函数金属层的该中央部分,并形成一凹槽于该第一功函数金属层的该左部分以及该右部分之间,以及形成一第二功函数金属层,至少填入该凹槽。

【技术实现步骤摘要】
隧穿场效晶体管结构与其制作方法
本专利技术涉及半导体制作工艺领域,尤其是涉及一种隧穿场效晶体管结构与其制作方法。
技术介绍
半导体集成电路产业在过去几十年中快速增长。半导体材料和设计的技术进步有限,电路也越来越复杂。随着材料和设计的发展,使加工和制造相关的技术也随之进步。在半导体发展过程中,每单位面积的连接设备数量逐渐增加,且能可靠地制造的最小组件尺寸也逐渐变小。然而,随着最小元件的尺寸减少,也增加许多挑战。例如漏电流可能变得越来越明显,信号可以更容易地互相影响,电力已经成为一个重要的问题。半导体集成电路行业在此元件缩小的过程中已经取得了许多进展,其中一个发展便是利用隧穿场效晶体管(tunnelingfield-effecttransistor,TFET)取代普通的金属氧化物半场效晶体管(MOSFET)。相较于传统MOSFET的亚阈值摆幅斜率(subthresholdswing,SS)受到物理的限制,而无法随着器件尺寸的缩小而同步缩小。由于TFET与MOSFET工作机制不同,所以TFET的亚阈值摆幅也可以小于60mV/dec,并可以降低器件静态漏电流。然而,目前的TFET仍有改进与发展空间。
技术实现思路
本专利技术提供一种隧穿场效晶体管(tunnelfield-effecttransistor,TFET)结构,包含一基底,其上包含有一鳍状结构,其中该鳍状结构包含有一第一导电型态,一介电层位于该基底以及该鳍状结构上,该介电层包含有一栅极凹槽,一栅极结构,位于该栅极凹槽内,该栅极结构包含有一栅极导电层以及一功函数金属层,其中该功函数金属层包含有一左部分、一右部分以及一位于该左部分与该右部分之间的一中央部分,其中该中间部分的材质与该左部分以及该右部分不同,以及一源极以及一漏极,分别位于该基底上的该鳍状结构两侧。本专利技术另提供一种隧穿场效晶体管(tunnelfield-effecttransistor,TFET)的制作方法,包含提供一基底,其上包含有一鳍状结构,其中该鳍状结构包含有一第一导电型态,接着形成一介电层位于该基底以及该鳍状结构上,并形成一栅极凹槽于该介电层中,然后在该栅极凹槽内形成一第一功函数金属层,该第一功函数金属层至少定义有一左部分、一右部分以及一中央部分,之后进行一蚀刻步骤,以移除该第一功函数金属层的该中央部分,并形成一凹槽于该第一功函数金属层的该左部分以及该右部分之间,以及形成一第二功函数金属层,至少填入该凹槽。综上所述,本专利技术特征在于,将TFET结构与目前现有的鳍状晶体管制作工艺结合,此外TFET结构的栅极由不同种材料所构成,可以大幅降低的TFET结构亚阈值摆幅斜率(SS),并且适用于现有制作工艺环境。附图说明图1至图9为本专利技术所提供的隧穿场效晶体管的制作方法的一第一优选实施例的示意图;图10为本专利技术TFET结构的能带图;图11为TFET结构的转换特性图。主要元件符号说明100基底101鳍状结构110虚置栅极结构112牺牲栅极层114间隙壁116掩模层120掩模层120A底抗反射层120B光致抗蚀剂层122源极区130掩模层130A底抗反射层130B光致抗蚀剂层132漏极区140接触蚀刻停止层142介电层150栅极沟槽152介面层154高介电常数介电层156底部阻障层158第一功函数金属层158A左部分158B右部分158C中央部分160光致抗蚀剂层162凹槽170第二功函数金属层180顶部阻障层182填充金属层190隧穿场效晶体管结构P1离子掺杂步骤P2离子掺杂步骤P3热处理步骤P4蚀刻步骤具体实施方式为使熟悉本专利技术所属
的一般技术者能更进一步了解本专利技术,下文特列举本专利技术的优选实施例,并配合所附的附图,详细说明本专利技术的构成内容及所欲达成的功效。为了方便说明,本专利技术的各附图仅为示意以更容易了解本专利技术,其详细的比例可依照设计的需求进行调整。在文中所描述对于图形中相对元件的上下关系,在本领域的人都应能理解其是指物件的相对位置而言,因此都可以翻转而呈现相同的构件,此都应同属本说明书所揭露的范围,在此容先叙明。请参阅图1至图9,图1至图9为本专利技术所提供的隧穿场效晶体管的制作方法的一第一优选实施例的示意图。如图1所示,本优选实施例首先提供一基底100,例如一硅基底、含硅基底、或硅覆绝缘(silicon-on-insulator,SOI)基底。基底100上形成有至少一鳍状结构101,鳍状结构101的材质优选为硅。本实施例中以硅覆绝缘基底为例,因此包含有一硅鳍状结构101位于一绝缘基底100上。值得注意的是,在继续进行后续步骤以形成隧穿场效晶体管(TFET)之前,根据后续隧穿场效晶体管的型态(N型或P型),可先掺杂特定的离子于鳍状结构101中。举例来说,若后续欲形成N型隧穿场效晶体管,则此时可先掺杂磷离子或砷离子于鳍状结构101中,浓度例如为1013-1018cm-3;若后续欲形成P型隧穿场效晶体管,则此时可先掺杂硼离子于鳍状结构101中,浓度例如为1013-1018cm-3。以下实施例以N型TFET为例,因此鳍状结构101中呈现N型导电型态。事实上,TFET对于基底或鳍状结构中掺杂的离子种类并没有特别的限制,因为TFET并不像传统的MOSFET依靠场效应导致通道反转,TFET的基本原理是依靠p-i-n介面的逆向偏压造成的带对带隧穿效应(band-to-bandtunneling)。针对p-i-n介面中的“i”,可能是一轻掺杂层或是一固有层(intrinsiclayer)。后续,请继续参考图1,在鳍状结构101上形成一虚置栅极结构110,虚置栅极结构110包含有一牺牲栅极层112,两间隙壁114分别位于牺牲栅极层112的两侧壁,以及选择性地包含有一掩模层116位于牺牲栅极层112的顶端。其中牺牲栅极层112材质例如为多晶硅,间隙壁114材质例如为氧化硅或氮化硅,而掩模层116材质例如为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等,但上述材料不限于此,可依据实际使用需求而调整。另外在一些实施例中,掩模层116也可省略而不形成。请继续参考图2与图3,先形成一掩模层120,覆盖部分鳍状结构101以及虚置栅极结构110上,并同时曝露部分的鳍状结构101,接下来,进行一离子掺杂步骤P1,在虚置栅极结构110一侧的鳍状结构101中形成一源极区122。接着如图3所示,移除掩模层120之后,再次形成另外一掩模层130,覆盖源极区122以及虚置栅极结构110,并且进行另一离子掺杂步骤P2,在虚置栅极结构110另一侧(相对于源极区122的反向侧)的鳍状结构101中形成一漏极区132。在上述步骤中,掩模层120、130可以为单层或是多层结构,以本实施例来说,掩模层120包含有一底抗反射层120A以及一光致抗蚀剂层120B,掩模层130包含有一底抗反射层130A以及一光致抗蚀剂层130B。另外,本实施例中以N型TFET为例,因此源极区122中掺杂有例如硼离子,使源极区122包含有P型导电型态,而基底(例如鳍状结构101)与漏极区132都被掺杂有例如磷离子或砷离子,而具有N型导电型态。当N型TFET作动时,将源极区122接地,并施加正电压于栅极(后续形成)。另一方面,在其他实施例中,若是P型TFET,则源极区122中包含有N型导电型态,而本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种隧穿场效晶体管(tunnel field‑effect transistor,TFET)结构,包含:基底,其上包含有鳍状结构,其中该鳍状结构包含有一第一导电型态;介电层,位于该基底以及该鳍状结构上,该介电层包含有栅极凹槽;栅极结构,位于该栅极凹槽内,该栅极结构包含有栅极导电层以及功函数金属层,其中该功函数金属层包含有左部分、右部分以及位于该左部分与该右部分之间的中央部分,其中该中间部分的材质与该左部分以及该右部分不同;以及源极以及漏极,分别位于该基底上的该鳍状结构两侧。

【技术特征摘要】
1.一种隧穿场效晶体管(tunnelfield-effecttransistor,TFET)结构,包含:基底,其上包含有鳍状结构,其中该鳍状结构包含有一第一导电型态;介电层,位于该基底以及该鳍状结构上,该介电层包含有栅极凹槽;栅极结构,位于该栅极凹槽内,该栅极结构包含有栅极导电层以及功函数金属层,其中该功函数金属层包含有左部分、右部分以及位于该左部分与该右部分之间的中央部分,其中该中间部分的材质与该左部分以及该右部分不同;以及源极以及漏极,分别位于该基底上的该鳍状结构两侧。2.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,其中该左部分、该右部分与该中央部分位于同一水平面上。3.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,其中该左部分与该右部分的材质相同。4.如权利要求3所述的隧穿场效晶体管结构,其中该左部分与该右部分材质包含有铝化钛。5.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,其中该中央部分材质包含有氮化钛或氮化钽。6.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,其中该漏极包含有该第一导电型态。7.如权利要求6所述的隧穿场效晶体管结构,其中该源极包含有第二导电型态,且该第二导电型态与该第一导电型态互补。8.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,其中该鳍状结构的一顶面、该源极的一顶面以及该漏极的一顶面互相切齐。9.如权利要求1所述的隧穿场效晶体管结构,还包含有高介电常数层(high-k)以及底阻障层位于该栅极凹槽内。10.一种隧穿场效晶体管(tunnelfield-effecttransistor,TFET)的制作方法,包含:提供一...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄泓文李凯霖何仁愉陈纪孝康庭绚杨皓翔石安石谢宗翰
申请(专利权)人:联华电子股份有限公司
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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