垂直隧道場效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利說明】垂直隧道場效應(yīng)晶體管
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請要求共同擁有的于2013年9月9日提交的美國非臨時專利申請N0.14/021，795的優(yōu)先權(quán)，該非臨時申請的內(nèi)容通過援引全部明確納入于此。
[0003]題堡
[0004]本公開一般涉及垂直隧道場效應(yīng)晶體管。
[0005]相關(guān)技術(shù)描述
[0006]技術(shù)進(jìn)步已產(chǎn)生越來越小且越來越強(qiáng)大的計算設(shè)備。例如，當(dāng)前存在各種各樣的便攜式個人計算設(shè)備，包括較小、輕量且易于由用戶攜帶的無線計算設(shè)備，諸如便攜式無線電話、個人數(shù)字助理(PDA)以及尋呼設(shè)備。更具體地，便攜式無線電話(諸如蜂窩電話和網(wǎng)際協(xié)議(IP)電話)可通過無線網(wǎng)絡(luò)傳達(dá)語音和數(shù)據(jù)分組。此外，許多此類無線電話包括被納入于其中的其他類型的設(shè)備。例如，無線電話還可包括數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)、數(shù)字記錄器以及音頻文件播放器。同樣，此類無線電話可處理可執(zhí)行指令，包括可被用于訪問因特網(wǎng)的軟件應(yīng)用，諸如web瀏覽器應(yīng)用。如此，這些無線電話可包括顯著的計算能力。
[0007]用于在無線通信設(shè)備中使用的半導(dǎo)體器件可包括形成該半導(dǎo)體器件內(nèi)的邏輯電路的晶體管(例如，互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管)。每個CMOS晶體管可包括柵極、源極區(qū)域和漏極區(qū)域。在激活之際，傳統(tǒng)CMOS晶體管的柵極偏置可導(dǎo)致在源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間形成累積區(qū)域通道以準(zhǔn)許電流從源極區(qū)域流向漏極區(qū)域。相反，隧道CMOS晶體管可實現(xiàn)作為由所施加的柵極偏置啟用的通道中的帶到帶隧穿的結(jié)果的電流流動。然而，由于隧道CMOS晶體管通常是平坦的，因此此類隧道CMOS晶體管對于亞22納米(nm)工藝尺寸及以上而言可展現(xiàn)縮放挑戰(zhàn)。
[0008]挺述
[0009]公開了一種垂直隧道場效應(yīng)晶體管(TFET)和一種制造方法。鰭型垂直TFET可包括經(jīng)由通道區(qū)域垂直耦合的源極區(qū)域和漏極區(qū)域?？稍谕ǖ绤^(qū)域內(nèi)形成垂直隧道以創(chuàng)建源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間的傳導(dǎo)路徑。垂直隧道的長度可取決于通道區(qū)域的高度。鰭型垂直TFET還可包括具有可調(diào)整寬度的柵極。例如，流經(jīng)垂直隧道的飽和電流的量可響應(yīng)于改變柵極的寬度來調(diào)整(例如，增大或減小)。
[0010]在特定實施例中，隧道場效應(yīng)晶體管(TFET)器件包括從基板表面突出的鰭結(jié)構(gòu)。該鰭結(jié)構(gòu)包括與基板表面緊接的基部部分、頂部部分、以及從基部部分向頂部部分延伸的第一側(cè)壁對。第一側(cè)壁對具有對應(yīng)于鰭結(jié)構(gòu)的長度的長度。鰭結(jié)構(gòu)還在該鰭結(jié)構(gòu)的基部部分處包括具有第一摻雜劑濃度的第一摻雜區(qū)域。鰭結(jié)構(gòu)還在該鰭結(jié)構(gòu)的頂部部分處包括具有第二摻雜劑濃度的第二摻雜區(qū)域。TFET器件進(jìn)一步包括柵極，該柵極包括與第一側(cè)壁對中的第一側(cè)壁相鄰的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。介電層將第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)與第一側(cè)壁電隔離。
[0011]在另一特定實施例中，一種方法包括制造垂直隧道場效應(yīng)晶體管(TFET)器件。制造垂直TFET器件包括在基板內(nèi)形成阱區(qū)域、基部部分、中部部分和頂部部分。基部部分從阱區(qū)域的表面突出，并且中部部分形成在基部部分與頂部部分之間。制造垂直TFET器件還包括蝕刻基板以形成垂直鰭結(jié)構(gòu)。該垂直鰭結(jié)構(gòu)包括基部部分、中部部分和頂部部分。制造垂直TFET器件進(jìn)一步包括在垂直鰭結(jié)構(gòu)上沉積介電層以及在介電層上沉積第一柵極材料。
[0012]在另一特定實施例中，一種設(shè)備包括用于向隧道通道提供荷載子的裝置以及用于從隧穿通道接收荷載子的裝置。用于提供的裝置或用于接收的裝置中的一者在鰭結(jié)構(gòu)的基部部分處并且毗鄰于基板表面。用于提供的裝置或用于接收的裝置中的另一者在鰭結(jié)構(gòu)的頂部部分處。該設(shè)備還包括用于偏置隧穿通道以在隧穿通道處實現(xiàn)帶到帶隧穿的裝置。
[0013]所公開的實施例中的至少一者所提供的一個特定優(yōu)點是:對于亞22納米(nm)工藝尺寸及以上，在隧道場效應(yīng)晶體管的通道中形成帶到帶隧穿電流的能力。本公開的其他方面、優(yōu)點和特征將在閱讀了整個申請后變得明了，整個申請包括下述章節(jié):附圖簡述、詳細(xì)描述以及權(quán)利要求書。
[0014]附圖簡述
[0015]圖1是垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的特定解說性實施例的示圖;
[0016]圖2是垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一特定解說性實施例的示圖；
[0017]圖3是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的特定階段的示圖；
[0018]圖4是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一階段的示圖；
[0019]圖5是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一特定階段的示圖；
[0020]圖6是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一階段的示圖；
[0021]圖7是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一特定階段的示圖；
[0022]圖8是解說制造圖1的垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的另一特定階段的示圖；
[0023]圖9是三維垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的特定解說性實施例的示圖；
[0024]圖10是制造垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的方法的特定解說性實施例的流程圖；
[0025]圖11是包括垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的無線通信設(shè)備的框圖；以及
[0026]圖12是制造包括垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的電子設(shè)備的過程的特定解說性實施例的數(shù)據(jù)流程圖。
[0027]詳細(xì)描述
[0028]在本公開中給出垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件和制造方法的特定實施例。然而，應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，應(yīng)用于關(guān)于垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的設(shè)計和關(guān)于如何制造垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的特定實施例的概念和理解可體現(xiàn)在各種上下文中。所呈現(xiàn)的特定實施例僅僅解說了設(shè)計和制造垂直隧道場效應(yīng)晶體管器件的特定方式，而不限制本公開的范圍。
[0029]本公開在具體上下文中描述了特定實施例。然而，根據(jù)特定實施例描述的特征、方法、結(jié)構(gòu)或性質(zhì)也可按適當(dāng)方式組合以形成一個或多個其他實施例。另外，附圖被用于解說特征、方法、結(jié)構(gòu)或特性之間的相對關(guān)系，并且因此不是按照比例繪制的。方向術(shù)語，諸如“頂部”、“中部”、“基部”等參照正描述的附圖的取向來使用。本公開的各組件可以按數(shù)個不同取向來放置。如此，方向術(shù)語用于解說目的并且不旨在限定。
[0030]參照圖1，示出了鰭式垂直隧道場效應(yīng)晶體管(TFET)器件100的特定解說性實施例。圖1示出了垂直TFET器件100的一部分的橫截面示圖。
[0031]垂直TFET器件100包括基板102和淺溝槽隔離(STI)氧化層108?；?02可以是P型基板。在特定實施例中，基板102是硅(Si)基板。STI氧化層108可防止毗鄰的半導(dǎo)體器件組件之間的電流泄漏。例如，STI氧化層108可防止垂直TFET器件100與另一半導(dǎo)體器件組件(例如，另一垂直TFET器件)之間的電流泄漏。
[0032]垂直TFET器件100包括第一垂直TFET 110，其包括第一阱區(qū)域104、第一基部部分112、第一中部部分144、以及第一頂部部分116。在特定實施例中，第一基部部分112、第一中部部分114和第一頂部部分116由相同類型的材料制成。例如，第一基部部分112、第一中部部分114和第一頂部部分116可由硅(Si)制成。在另一特定實施例中，部分112-116可由至少一種II1-V材料制成。例如，部分112-116可由砷化鋁、砷化鎵、氮化鎵、磷化鎵、銻化銦、砷化銦、磷化銦、或其任何組合制成。在另一特定實施例中，部分112-116可由至少一種I1-VI材料制成。第一基部部分112可與基板102的表面103紙鄰(例如，緊接)。第一基部部分112可對應(yīng)于具有第一摻雜劑濃度的第一摻雜區(qū)域，并且第一頂部部分116可對應(yīng)于具有第二摻雜劑濃度的第二摻雜區(qū)域。第一垂直TFET 110還可包括從第一基部部分112向第一頂部部分116延伸的第一側(cè)壁對117。第一介電層(例如，具有高介電常數(shù)(k)的材料)可沉積在側(cè)壁117周圍。
[0033]第一基部部分112、第一中部部分114、第一頂部部分116和第一側(cè)壁對117對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)。第一中部部分114可對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)的通道區(qū)域，并且通道長度(L)可對應(yīng)于第一中部部分114的高度。在特定實施例中，第一頂部部分116可對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)的漏極并且第一基部部分112可對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)的源極。在另一特定實施例中，第一頂部部分116可對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)的源極并且第一基部部分112可對應(yīng)于第一鰭結(jié)構(gòu)的漏極。第一鰭結(jié)構(gòu)可從基板102的表面103突出。第一垂直TFET 110還可包括第一柵極118，第一柵極118包括與第一側(cè)壁對117中的至少一個側(cè)壁毗鄰(例如，相鄰)的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)130。第一柵極118還可包括與第一側(cè)壁對117中的至少一個其它側(cè)壁毗鄰(例如，相鄰)的第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)132以及與第一頂部部分116紙鄰(例如，相鄰)的第三傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)134。第三傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)134可耦合至第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)130并耦合至第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)132。第一柵極118的寬度(w)可被改變以調(diào)整第一垂直TFET 110的飽和電流。第一介電層可將傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)130-134(例如，第一柵極118)分別與側(cè)壁117和與第一頂部部分116電隔尚。
[0034]垂直TFET器件100還包括第二垂直TFET 120，其包括第二阱區(qū)域106、第二基部部分122、第二中部部分144、以及第二頂部部分126。在特定實施例中，第二基部部分122、第二中部部分124和第二頂部部分126由相同類型的材料制成。例如，第二基部部分122、第二中部部分124和第二頂部部分126可由硅(Si)制成。第二基部部分122也可與基板102的表面103毗鄰(例如，緊接)。第二基部部分122可對應(yīng)于具有第三摻雜劑濃度的第三摻雜區(qū)域，并且第二頂部部分126可對應(yīng)于具有第四摻雜劑濃度的第四摻雜區(qū)域。第二垂直TFET 120還可包括從第二基部部分122向第二頂部部分126延伸的第二側(cè)壁對127。第二介電層(例如，具有高介電常數(shù)(k)的材料)可沉積在側(cè)壁127周圍。
[0035]第二基部部分122、第二中部部分124、第二頂部部分126和第二側(cè)壁對127對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)。第二中部部分124可對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)的通道，并且通道長度(L)可對應(yīng)于第二中部部分124的高度。第一中部部分114的通道長度(L)可等于(或基本上等于)第二中部部分124的通道長度(L)。替換地，第一中部部分114和第二中部部分124可具有不同通道長度(L)。
[0036]在特定實施例中，第二頂部部分126可對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)的漏極并且第二基部部分122可對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)的源極。在另一特定實施例中，第二頂部部分126可對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)的源極并且第二基部部分122可對應(yīng)于第二鰭結(jié)構(gòu)的漏極。第二鰭結(jié)構(gòu)從基板102的表面103突出。第二垂直TFET 120還可包括第二柵極128，第二柵極128包括與第二側(cè)壁對127中的至少一個側(cè)壁毗鄰(例如，相鄰)的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140。第二柵極128還可包括與第二側(cè)壁對127中的至少一個其它側(cè)壁毗鄰(例如，相鄰)的第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)142以及與第二頂部部分126紙鄰(例如，相鄰)的第三傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)144。第三傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)144可耦合至第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140并耦合至第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)142。如圖9中進(jìn)一步解說的，第二柵極128的寬度可被改變以調(diào)整第二垂直TFET 120的飽和電流。第二介電層可將傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140-144(例如，第二柵極128)