穿隧式场效晶体管制造技术

一种新式垂直穿隧式场效晶体管(TFET)。此TFET包含位于基板之上的源极层。第一通道层形成于源极层之上。漏极层堆叠于第一通道层之上，第一通道层伴随着第二通道层堆叠于其中间。漏极层和第二通道层重叠第一通道层的第一表面部分。栅极结构透过通道层的第二表面部分定位于通道层之上，且接触第二半导体层的侧壁。

【技术实现步骤摘要】
穿隧式场效晶体管
本揭露实施例是关于半导体结构，特别是关于穿隧式场效晶体管和半导体结构及其形成方法。
技术介绍
金属氧化物半导体(MOS)场效晶体管(FET)一直是集成电路的主导技术。MOSFET可在三个区域工作，其取决于栅极电压Vg和源极-漏极电压Vds、线性、饱和以及次临界区。次临界区是栅极电压Vg小于临界电压Vt的区域。次临界摆幅意味切断晶体管电流的容易度，且次临界摆幅是确定MOS元件的速度和功率的重要因素。次临界摆幅可表示为m*kT/q的函数，其中m是与电容相关的参数。传统MOS元件的次临界摆幅在室温下具有约60mV/decade(kT/q)的限制，这又限制了驱动电压VDD和临界电压Vt的进一步微缩。此限制是基于载子的漂移-扩散传输机制。因此，现有的MOS元件在室温下的切换速度无法超过60mV/decade。0mV/decade次临界摆幅限制亦适用于鳍式场效晶体管(FinFET)或是绝缘层上覆硅(SOI)元件上的超薄体MOSFET。因此，透过在通道上更好的栅极控制，SOI上的超薄体MOSFET或是FinFET可达到接近但不低于60mV/decade的次临界摆幅。受此限制，未来纳米元件难以实现在较低驱动电压的下的快速切换。穿隧式场效晶体管(TFET)是较新型的晶体管。TFET透过屏障调变量子穿隧来切换。因此，TFET不会受载子的热马克士威-波兹曼尾部所限制，载子的热马克士威-波兹曼尾部限制了MOSFET次临界摆幅在室温下达到约60mV/decade的电流。
技术实现思路
一种穿隧式场效晶体管，此穿隧式场效晶体管包含一基板、一源极层、一第一通道层、一第二通道层、一第一漏极层以及一第一栅极结构。源极层位于基板之上。第一通道层位于该极层之上。第一通道层包含一第一部分和一第二部分。第二通道层位于第一通道层的第一部分之上。第一漏极层位于第二通道层之上。第一栅极结构位于第一通道层的第二部分之上，且相邻于第二通道层的一第一侧壁。附图说明当结合随附附图阅读时，自以下详细描述将很好地理解本揭露。应强调，根据工业中的标准实务，各特征并非按比例绘制。事实上，为了论述清晰的目的，可任意增加或减小特征的尺寸。应强调，附图仅说明此揭露的典型实施方法，因此不被认为是范围限制，本揭露可能同样适用于其他实施方法。图1A和图1B分别绘示依据本揭露实施方式的隧道FET实施例的俯视图和剖面示意图；图1C绘示图1B的隧道FET实施例的替代实施方式的俯视图；图2A和图2B分别绘示图1B的隧道FET实施例的开启状态穿隧效应和关断状态穿隧效应；图3至图6绘示依据本揭露实施方式的隧道FET实施例的四个替代实施方式；图7是为依据本揭露实施方式的制造过程实施例的流程图；图8A至图8H绘示依据本揭露实施方式的各个制造阶段的晶圆实施例的各种视图；图9绘示依据本揭露实施方式的隧道FET结构的材料组合的替代实施例。【符号说明】100、900A、900B、900C：穿隧式场效晶体管/结构110、810：基板120：源极层130：第二半导体层130(1)、130(2)、130(3)、140A、140B、150A、150B、430(1)、430(2)、430(3)：部分130S、130S’、140S、140S’、150S、150S’、830S、840S、840S’、850S、850S’：侧壁132：表面140：中间层150：第四半导体层160、360：第一栅极结构162、172A、362、372、462、472：栅电极164、174：栅极介电质/介电层464、474：介电层170、170A、170B、370、870：第二栅极结构174A、364、374：栅极介电质210：电荷载流子运动220：箭头300、400、500、600、1000：穿隧式场效晶体管440：中间层半导体层/第二中间层/第三通道层440A、440B：中间层半导体层460、470：栅极结构540：第二中间层/第三通道层630：绝缘层700：制造过程710、720、730、740、750、760、770、780：操作800：晶圆820：第一半导体层/锑砷化镓层830：第二半导体层/砷化铟镓层830A、830B、830G：表面部分830E：边缘部分840：第三半导体层/砷化铟镓层840A、850A：第一图案部分/层840B、850B：第二图案部分/层850：第四半导体层/砷化铟镓层852A、852B：图案堆叠854：遮罩层856、856A、856B：开口862：导电层864：高K介电层B：切割面L1、L2、L3：长度VOn：开启电压VOff：关断电压具体实施方式依据本文描述的实施方式的技术是涉及具有第III族至第V族化合物半导体材料“第III族至第V族材料”的新式垂直穿隧式场效晶体管(TFET)。在本揭露的一个或多个实施方式中，第一第III族至第V族材料的源极层堆叠于基板之上。第二第III族至第V族材料的通道层堆叠于源极层之上。漏极层堆叠于通道层“第一通道层”之上，此通道层之间夹有中间层“第二通道层”。漏极层和中间层重叠于通道层的第一表面部分。第一栅极结构透过通道层的第二表面部分定位于通道层之上。第一栅极结构亦透过中间层的第一侧壁相邻于中间层。第一栅极结构亦可透过漏极层的第一侧壁相邻于漏极层。亦即，第一栅极结构相对于中间层和通道层实质上是为L形状。在二个漏极层耦接至相同的源极层和相同的通道层的实施例中，第一栅极结构在二个漏极层之间实质上是为U形状。在一实施例中，第二栅极结构“带对准结构(bandalignerstructure)”定位在相邻第二通道层的第二侧壁和/或漏极层的第二侧壁。第二通道层的第二侧壁和漏极层在其第一侧壁的对面。在一实施例中，第二通道层和第一通道层是为本质或非故意掺杂，例如：本质掺杂。第二通道层可包含与第一通道层相同的材料，但第二通道层具有较大厚度。第二通道层的较大厚度减少关断状态中的隧道电流且增进TFET的关闭特性。在另一实施例中，第二通道层包含不同于第一通道层的半导体材料，使得第二通道层能够具有比第一通道层更小的关断状态隧道电流。第二通道层可包含与第一通道层相同的第III族和第V族元素，但第二通道层具有不同的元素比例。配置第一栅极结构以在垂直方向中的第一通道层上施加电场，例如，对带穿遂(BTBT)穿过第一通道层的方向。配置第一栅极结构以透过第二通道层的第一侧壁来施加电场，例如，正交于隧道电流，此为较弱的栅极控制，因为电场方向与电荷载体运动方向正交地相交。在操作中，在开启状态时，开启电流透过BTBT效应从源极层垂本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿隧式场效晶体管，其特征在于，包含：/n一基板；/n一源极层，位于该基板之上；/n一第一通道层，位于该源极层之上，该第一通道层包含一第一部分和一第二部分；/n一第二通道层，位于该第一通道层的该第一部分之上；/n一第一漏极层，位于该第二通道层之上；以及/n一第一栅极结构，位于该第一通道层的该第二部分之上，且相邻于该第二通道层的一第一侧壁。/n

【技术特征摘要】
20180925 US 16/141,3831.一种穿隧式场效晶体管，其特征在于，包含：
一基板；
一源极层，位于该基板之上；
一第一通道层，位于该源极层之上，该第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：李峻霣，施保全，侯韦志，
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