隧穿场效应晶体管及其形成方法技术

本发明专利技术提供一种隧穿场效应晶体管及其形成方法，其中，方法包括：提供衬底；在衬底上形成栅极结构，栅极结构下方衬底中具有沟道区，栅极结构包括相对的第一侧和第二侧；在栅极结构第一侧的衬底中形成第一源漏掺杂层，第一源漏掺杂层中具有第一源漏离子，第一源漏掺杂层与所述沟道区的接触面上具有凸出部；在栅极结构第二侧的衬底中形成第二源漏掺杂层，所述第二源漏掺杂层中具有第二源漏离子，所述第二源漏离子与所述第一源漏离子的导电类型相反。其中，沟道开启之后，所述凸出部能够增加所述第一源漏掺杂层与第二源漏掺杂层之间的电场强度，从而能够增加所形成隧穿场效应晶体管的导通电流。

【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
，尤其涉及一种隧穿场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体器件集成度的提高，晶体管的关键尺寸不断缩小，关键尺寸的缩小意味着在芯片上可布置更多数量的晶体管。然而，随着晶体管尺寸的急剧减小，CMOS场效应晶体管面临很大的挑战，例如短沟道效应增加，漏电流增大，亚阈值斜率在室温下存在60mV/dec的极限。为了适应晶体管尺寸的缩小，抑制短沟道效应，降低亚阈值斜率，TFET(tunnelfiled-effecttransistor，隧穿场效应晶体管)应运而生。TFET是一种金属氧化物半导体栅控PIN二极管。TFET主要是利用量子学隧穿效应做为控制电流的主要机制，使用栅压控制器件内部电势分布形状，从而影响隧穿发生条件，当条件满足时器件开启，当条件不满足时器件电流迅速下降关断。TFET具有低压阈值斜率、关断电流小的优点。然而，现有技术形成的TFET仍然存在亚阈值斜率较高、导通电流较小的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种隧穿场效应晶体管及其形成方法，能够降低TFET的亚阈值斜率较高，增加导通电流。为解决上述问题，本专利技术提供一种隧穿场效应晶体管的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底上形成栅极结构，所述栅极结构下方衬底中具有沟道区，所述栅极结构包括相对的第一侧和第二侧；在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第一源漏掺杂层，所述第一源漏掺杂层中具有第一源漏离子，所述第一源漏掺杂层与所述衬底的沟道区的接触面上具有凸出部；在所述栅极结构第二侧的衬底中形成第二源漏掺杂层，所述第二源漏掺杂层中具有第二源漏离子，所述第二源漏离子与所述第一源漏离子的导电类型相反。可选的，所述隧穿场效应晶体管为N型晶体管；所述第一源漏离子为P型离子。可选的，所述隧穿场效应晶体管为P型晶体管；所述第一源漏离子为N型离子。可选的，所述第二源漏掺杂层与沟道区的接触面上具有凸出部。可选的，形成所述第一源漏掺杂层的步骤包括：在所述栅极结构第一侧衬底中形成凹槽，所述凹槽邻近所述栅极结构的侧壁表面具有凹陷；在所述凹槽和所述凹陷中形成第一源漏掺杂层。可选的，形成所述凹槽的步骤包括：对所述栅极结构第一侧的衬底进行多次选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成掺杂结构，所述掺杂结构与所述衬底的沟道区接触面上具有凸出结构；去除所述掺杂区结构和凸出结构，在所述栅极结构第一侧衬底中形成所述凹槽。可选的，对所述栅极结构第一侧的衬底进行多次选择离子注入的步骤包括：对所述栅极结构第一侧的衬底进行第一选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第一掺杂区；对所述栅极结构第一侧的衬底进行第二选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第二掺杂区，所述第一掺杂区位于所述第二掺杂区上；对所述栅极结构第一侧的衬底进行第三选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第三掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第三掺杂区上。可选的，所述第一选择离子注入之后，进行所述第二选择离子注入；或者所述第二选择离子注入之后，进行所述第一选择离子注入；所述第二选择离子注入之后，进行所述第三选择离子注入；或者所述第三选择离子注入之后，进行所述第二选择离子注入；所述第一选择离子注入之后，进行所述第三选择离子注入；或者，所述第三选择离子注入之后，进行所述第一选择离子注入。可选的，所述第一选择离子注入的能量小于所述第二选择离子注入的能量，所述第二选择离子注入的能量小于所述第三选择离子注入的能量。可选的，所述第一选择离子注入的注入参数包括：注入角度为0度～7度，注入能量为4.5KeV～5.5KeV，注入剂量为1.8E14sccm～2.2E14sccm；所述第二选择离子注入的注入参数包括：注入角度为0度～2度，注入能量为7.2KeV～8.8KeV，注入剂量为2.7E14sccm～3.3E14sccm；所述第三选择离子注入的注入参数包括：注入角度为0度～2度，注入能量为10.5KeV～13.5KeV，注入剂量为3.6E14sccm～4.4E14sccm。可选的，所述选择离子注入的注入离子为磷离子、锗离子、砷离子、硼离子、BF2+离子、碳离子、硅离子、锗离子或氮离子中的一种或多种组合。可选的，多次选择离子注入之后，形成所述第一源漏掺杂层的步骤还包括：对所述掺杂结构进行退火处理。可选的，所述凹槽包括：位于所述栅极结构第一侧衬底中的第一凹槽；位于所述第一凹槽底部衬底中的第二凹槽；形成所述凹槽的步骤包括：对栅极结构的第一侧衬底进行第一凹槽刻蚀，在所述栅极结构第一侧衬底中形成第一凹槽，所述第一凹槽邻近所述栅极结构的侧壁为第一圆柱面，所述第一圆柱面的母线平行于栅极结构的延伸方向；对所述第一凹槽底部进行第二凹槽刻蚀，形成第二凹槽，所述第二凹槽邻近所述栅极结构的侧壁为第二圆柱面，所述第二圆柱面的母线平行于栅极结构的延伸方向。可选的，去除所述掺杂结构的步骤包括：对所述掺杂结构进行第一刻蚀，在所述栅极结构第一侧衬底中形成初始凹槽；对所述初始凹槽侧壁进行第二刻蚀，在所述初始凹槽侧壁表面形成凹陷。可选的，所述第一刻蚀包括各向异性干法刻蚀工艺；所述第二刻蚀包括各向同性干法刻蚀工艺或湿法刻蚀工艺。可选的，形成所述第一源漏掺杂层的步骤包括：对所述栅极结构第一侧的衬底进行多次掺杂离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成源漏结构，所述源漏结构包括多层源漏区，多层源漏区在垂直于所述衬底表面方向上层叠设置，所述源漏区与所述衬底的沟道区的接触面上具有凸出部。可选的，所述掺杂离子注入的注入离子为N型离子或P型离子。可选的，所述衬底的材料为硅、锗、硅锗或碳化硅，所述掺杂离子注入的注入离子为磷离子、砷离子、锑离子、硼离子或BF2+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：衬底；位于所述衬底上的栅极结构，所述栅极结构下方衬底中具有沟道区，所述栅极结构包括相对的第一侧和第二侧；位于所述栅极结构第一侧的衬底中的第一源漏掺杂层，所述第一源漏掺杂层中具有第一源漏离子，所述第一源漏掺杂层与所述衬底的沟道区的接触面上具有凸出部；位于所述栅极结构第二侧的衬底中的第二源漏掺杂层，所述第二源漏掺杂层中具有第二源漏离子，所述第二源漏离子与所述第一源漏离子的导电类型相反。可选的，所述凸出部在垂直于所述栅极结构延伸方向上的截面的形状为圆弧形、矩形或三角形。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术技术方案提供的隧穿场效应晶体管的形成方法中，所述第一源漏掺杂层与所述衬底沟道区的接触面上具有凸出部。沟道开启之后，由于尖端放电效应，所述凸出部能够增加所述第一源漏掺杂层与第二源漏掺杂层之间的电场强度。沟道开启之后，沟道与第一源漏掺杂层之间形成势垒，或者沟道与第二源漏掺杂层之间形成势垒。所述第一源漏掺杂层与所述第二源漏掺杂层之间的电场强度增加，能够增加电子穿过所述势垒的几率，从而增加所形成半导体结构的导通电流。进一步，所形成的隧穿场效应晶体管为N型晶体管，所述第一源漏离子为P型离子。沟道开启之后，第一源漏掺杂层与沟道的导电类型相反，第一源漏掺杂层与沟道之间具有势垒。所述第一源漏掺杂层与所述衬底沟道区的接触面上具有凸出部，则所述第一源漏掺杂层与沟道的接触面上的电场较强，从而容易使电子通过隧穿效应穿过所本文档来自技高网...

【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：提供衬底；在所述衬底上形成栅极结构，所述栅极结构下方衬底中具有沟道区，所述栅极结构包括相对的第一侧和第二侧；在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第一源漏掺杂层，所述第一源漏掺杂层中具有第一源漏离子，所述第一源漏掺杂层与所述衬底的沟道区的接触面上具有凸出部；在所述栅极结构第二侧的衬底中形成第二源漏掺杂层，所述第二源漏掺杂层中具有第二源漏离子，所述第二源漏离子与所述第一源漏离子的导电类型相反。

【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：提供衬底；在所述衬底上形成栅极结构，所述栅极结构下方衬底中具有沟道区，所述栅极结构包括相对的第一侧和第二侧；在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第一源漏掺杂层，所述第一源漏掺杂层中具有第一源漏离子，所述第一源漏掺杂层与所述衬底的沟道区的接触面上具有凸出部；在所述栅极结构第二侧的衬底中形成第二源漏掺杂层，所述第二源漏掺杂层中具有第二源漏离子，所述第二源漏离子与所述第一源漏离子的导电类型相反。2.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述隧穿场效应晶体管为N型晶体管；所述第一源漏离子为P型离子。3.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述隧穿场效应晶体管为P型晶体管；所述第一源漏离子为N型离子。4.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二源漏掺杂层与沟道区的接触面上具有凸出部。5.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述第一源漏掺杂层的步骤包括：在所述栅极结构第一侧衬底中形成凹槽，所述凹槽邻近所述栅极结构的侧壁表面具有凹陷；在所述凹槽和所述凹陷中形成第一源漏掺杂层。6.如权利要求5所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，形成所述凹槽的步骤包括：对所述栅极结构第一侧的衬底进行多次选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成掺杂结构，所述掺杂结构与所述衬底的沟道区接触面上具有凸出结构；去除所述掺杂区结构和凸出结构，在所述栅极结构第一侧衬底中形成所述凹槽。7.如权利要求6所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，对所述栅极结构第一侧的衬底进行多次选择离子注入的步骤包括：对所述栅极结构第一侧的衬底进行第一选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第一掺杂区；对所述栅极结构第一侧的衬底进行第二选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第二掺杂区，所述第一掺杂区位于所述第二掺杂区上；对所述栅极结构第一侧的衬底进行第三选择离子注入，在所述栅极结构第一侧的衬底中形成第三掺杂区，所述第二掺杂区位于所述第三掺杂区上。8.如权利要求7所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一选择离子注入之后，进行所述第二选择离子注入；或者所述第二选择离子注入之后，进行所述第一选择离子注入；所述第二选择离子注入之后，进行所述第三选择离子注入；或者所述第三选择离子注入之后，进行所述第二选择离子注入；所述第一选择离子注入之后，进行所述第三选择离子注入；或者，所述第三选择离子注入之后，进行所述第一选择离子注入。9.如权利要求7所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一选择离子注入的能量小于所述第二选择离子注入的能量，所述第二选择离子注入的能量小于所述第三选择离子注入的能量。10.如权利要求9所述的隧穿场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一选择离子注入的注入参数包括：注入角度为0度～7度，注入能量为4.5KeV～5.5KeV，注入剂量为1.8E14sccm～2.2E14sccm；所述第二选择离子注入的注入参数包括：注入角度为0度～2度，注...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐粕人，
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