[发明专利]一种隧穿场效应晶体管及其制备方法

说明书

一种隧穿场效应晶体管及其制备方法，涉及场效应晶体管技术领域，可在线隧穿结构中，抑制点隧穿。隧穿场效应晶体管的制备方法包括：在衬底(10)上形成隔离结构(20)，隔离结构(20)定义出有源区(30)；形成第一介质层(41)和第一掩膜结构(50)；第一掩膜结构(50)包括外侧(51)和内层(52)，外层(51)包括第一侧壁(511)和硬掩膜(512)；对露出的有源区(30)进行工艺处理形成漏区(31)；使用第一填充物进行填充进行平坦化工艺，露出内层(52)，以去除内层(52)以及其覆盖的第一介质层(41)；对露出的有源区(30)进行工艺处理形成源区(32)；在源区(32)上形成第二介质层(42)，且第二介质层(42)的厚度小于第一介质层(41)的厚度；形成第二侧壁(513)，使用第二填充物进行填充进行平坦化工艺；去除第一侧壁(511)和第二侧壁(513)、露出的第二介质层(42)，以形成栅介质层(43)和栅极(70)。

技术领域

本申请涉及场效应晶体管技术领域，尤其涉及一种隧穿场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

隧穿场效应晶体管(Tunnel Field-Effect Transistor，简称TFET)中，载流子以带间隧穿的机制注入沟道中，可以实现比金属-氧化物-半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，简称MOSFET)更陡峭的电流随栅偏压的变化，具有低功耗、低亚阈值摆幅等特性。

一种TFET的结构，栅极和源区之间有较大的重叠区域，在栅极上施加一定的偏压时，带间隧穿发生在源区内垂直于栅极的方向(称之为线隧穿)，由于线隧穿的隧穿距离较小，可以实现较小的亚阈值摆幅和较大的隧穿电流。

然而，由于存在源区和沟道区之间的点隧穿，点隧穿比线隧穿更早开启，因而会使TFET的电流随栅偏压更缓慢的变化，即，使得TFET的亚阈值摆幅特性变差。

发明内容

本申请提供一种隧穿场效应晶体管及其制备方法，在线隧穿结构中，抑制点隧穿。

第一方面，提供一种隧穿场效应晶体管的制备方法，包括：在衬底上形成隔离结构，由隔离结构定义出有源区；在形成有隔离结构的衬底上形成第一介质层和覆盖第一介质层的第一掩膜结构；其中，第一介质层覆盖部分有源区；第一掩膜结构包括外层和内层，外层包括第一侧壁和硬掩膜；对露出的有源区进行工艺处理，形成漏区；使用第一填充物进行填充，并进行平坦化的工艺，露出内层；去除内层以及内层覆盖的第一介质层；对露出的有源区进行工艺处理，形成源区；在源区上形成第二介质层，且第二介质层的厚度小于第一介质层的厚度；形成第二侧壁，第二侧壁与第一侧壁接触，并使用第二填充物进行填充，进行平坦化的工艺；去除第一侧壁和第二侧壁，并去除露出的第二介质层，在去除第一侧壁、第二侧壁和第二介质层的区域，依次形成栅介质层和栅极；形成保护层，并在保护层上对应有源区形成第一电极、第二电极和第三电极；第一电极与栅极接触，第二电极和第三电极分别与漏区和源区接触。可使形成的隧穿场效应晶体管，其栅极与源区之间的介质层厚度小于栅极与沟道区之间介质层的厚度，基于此，可使隧穿场效应晶体管基于线隧穿机制工作，且需在较大的栅极偏压下，才能实现源区和沟道区之间的点隧穿，因而可以抑制点隧穿，改善亚阈值摆幅和泄漏电流特性，从而可使本申请的隧穿场效应晶体管具有较小的亚阈值摆幅和较大的隧穿电流。其中，栅极在去除第一侧壁和第二侧壁的区域形成，基于自对准方式，可避免栅极的位置通过光刻来决定，因而可减小工艺复杂度。

结合第一方面，在第一方面的第一种可能的实现方式中，在去除第二介质层之后，形成栅介质层之前，该方法还包括：在衬底表面外延生长一层外延层，外延层的材料与衬底的材料相同。可将隧穿限制在外延层中，减小隧穿距离，可进一步改善亚阈值摆幅和开态电流。