N型源极区384和P型源极区378上作为多个顶部硅化物区。
[0132]参照图104，在衬底300上形成并且抛光绝缘层402。绝缘层402的顶面高于N型隧道场效应晶体管380和P型隧道场效应晶体管386的顶面。在下文中，剩余的绝缘层402和绝缘层374称为绝缘层404。N型隧道场效应晶体管380和P型隧道场效应晶体管386通过绝缘层404隔离。
[0133]参照图105，图案化绝缘层404，并且在绝缘层404中形成多个开口 406。开口 406分别暴露金属栅极层364、底部硅化物区348和顶部硅化物区398。可以通过干蚀刻工艺形成开口 406，其中蚀刻绝缘层404的速率大于蚀刻侧壁间隔件390的速率，从而使得在蚀刻工艺期间保护N型源极区384和P型源极区378。由于侧壁间隔件390，开口 406导致硅化物区348，和金属栅极层364具有至少两个不同的直径。因此，在侧壁间隔件390之上的开口 406的直径大于在侧壁间隔件390之下的开口 406的直径。
[0134]参照图106，沉积导电材料408，以及用导电材料408填充开口 406。例如，导电材料408可以通过W、Co、Al或Cu的沉积来形成。然后，例如，通过CMP工艺抛光导电材料408。
[0135]参照图107，在开口 406中形成多个接触结构410。接触结构410分别连接至金属栅极层364、底部硅化物区348和顶部硅化物区398。接触结构410通过底部硅化物区348连接至漏极区332和340。接触结构410通过顶部硅化物层398连接至源极区384和378。由于开口 406在侧壁间隔件390之上和之下具有不同的直径，因此，相应的接触结构410在侧壁间隔件390之上和之下也具有不同的直径。例如，连接至金属栅极层364的接触结构410认为是栅极接触件，并且在侧壁间隔件390之上的栅极接触件的截面面积大于在侧壁间隔件390之下的栅极接触件的截面面积。该工艺也称为自对准接触(SAC)。侧壁间隔件390可以防止接触结构410之间的电短路。
[0136]参照图108，分别在接触结构410上形成多个电极412用于后续互连，诸如后段制程(BEOL)工艺。电极412包括栅电极、源电极和漏电极。电极412可以是Cu、Co或其他金属O
[0137]如以上描述，提供了包括一个或多个隧道场效应晶体管的隧道场效应晶体管组件。隧道场效应晶体管包括高k金属栅极结构并且因此对短沟道效应具抗干扰性。隧道场效应晶体管具有相反的导电类型。此外，通过使用自对准接触工艺，可以防止接触结构之间的电短路。
[0138]以上说明包括示例性操作，并且操作中的步骤并不必按示出的顺序实施。根据本发明的各个实施例的精神和范围，可以适当地添加、替代、改序和/或消除步骤。例如，可以在形成半导体线结构之前或之后形成浅沟槽隔离；可以在形成金属栅极结构之前或之后注入源极区；可选地实施形成侧壁间隔件的步骤。
[0139]根据本发明的各个方面，隧道场效应晶体管包括漏极区、与漏极区具有相反的导电类型的源极区、设置在漏极区和源极区之间的沟道区、设置在沟道区周围的金属栅极层、以及设置在金属栅极层和沟道区之间的高k介电层。
[0140]在一个或多个实施例中，漏极区、源极区和沟道区基本上垂直地堆叠。源极区的掺杂浓度大于漏极区的掺杂浓度。漏极区、源极区和沟道区中的至少一个具有梯度掺杂浓度。
[0141]在一个或多个实施例中，隧道场效应晶体管还包括设置在源极区周围的侧壁间隔件、至少设置在侧壁间隔件周围的绝缘层和栅极接触件。绝缘层和侧壁间隔件由不同的材料制成，并且绝缘层中至少具有至少一个开口以暴露金属栅极层。栅极接触件通过开口连接至金属栅极层，并且侧壁间隔件设置在栅极接触件和源极区之间。在侧壁间隔件之上的栅极接触件的截面面积大于在侧壁间隔件之下的栅极接触件的截面面积。
[0142]根据本发明的各个方面，隧道场效应晶体管组件包括具有第一类型阱、第二类型阱、和将第一类型阱与第二类型阱分隔开的浅沟槽隔离部件。隧道场效应晶体管组件包括设置在第二类型阱上的第一类型隧道场效应晶体管、和设置在第一类型阱上的第二类型隧道场效应晶体管。第一类型隧道场效应晶体管包括第一类型漏极区、第二类型源极区、设置在第一类型漏极区和第二类型源极区之间的第一类型沟道区、设置在第一类型沟道区周围的第一金属栅极层、以及设置在第一金属栅极层和第一类型沟道区之间的第一高k介电层。第二类型隧道场效应晶体管包括第二类型漏极区、第一类型源极区、设置在第二类型漏极区和第一类型源极区之间的第二类型沟道区、设置在第二类型沟道区周围的第二金属栅极层、以及设置在第二金属栅极层和第二类型沟道区之间的第二高k介电层。
[0143]在一个或多个实施例中，第一类型漏极区、第二类型源极区和第一类型沟道区基本上垂直地堆叠。第二类型漏极区、第一类型源极区和第二类型沟道区基本上垂直地堆叠。
[0144]在一个或多个实施例中，第一类型源极区的掺杂浓度大于第二类型漏极区的掺杂浓度。第二类型源极区的掺杂浓度大于第一类型漏极区的掺杂浓度。第一类型源极区、第一类型漏极区、第一类型沟道区、第二类型源极区、第二类型漏极区、和第二类型沟道区中的至少一个具有梯度掺杂浓度。
[0145]在一个或多个实施例中，隧道场效应晶体管组件包括形成在第一类型源极区和第二类型源极区上的硅化物区、以及分别设置在第一类型和第二类型源极区周围的多个侧壁间隔件。侧壁间隔件设置在硅化物区和金属栅极层之间。
[0146]根据本发明的各个方面，用于制造隧道场效应晶体管的方法包括提供衬底，在衬底上形成半导体线结构，形成高k介电层以及金属栅极层。半导体线结构包括在衬底上形成的底部源极或漏极区、在底部源极或漏极区上形成的沟道区、以及在沟道区上形成的顶部源极或漏极区。高k介电层在沟道区周围形成，并且金属栅极层在高k介电层周围形成。
[0147]在一个或多个实施例中，底部硅化物区在底部源极或漏极区上形成，并且顶部硅化物区在顶部源极或漏极区上形成。
[0148]在一个或多个实施例中，方法还包括在沟道区周围形成侧壁间隔件，在衬底上方并且至少在侧壁间隔件周围形成绝缘层，在蚀刻工艺中在绝缘层中形成至少一个开口以暴露金属栅极层，蚀刻工艺蚀刻绝缘层的速率大于蚀刻侧壁间隔件的速率，从而使得在蚀刻工艺期间保护沟道区，以及用导电材料填充开口。绝缘层和侧壁间隔件由不同的材料制成。
[0149]在一个或多个实施例中，方法还包括在沟道区周围形成侧壁间隔件，在衬底上方并且至少在侧壁间隔件周围形成绝缘层，在蚀刻工艺中在绝缘层中形成至少一个开口以暴露底部源极或漏极区，蚀刻工艺蚀刻绝缘层的速率大于蚀刻侧壁间隔件的速率，从而使得在蚀刻工艺期间保护沟道区，以及用导电材料填充开口。绝缘层和侧壁间隔件由不同的材料制成。
[0150]在一个或多个实施例中，方法还包括在顶部源极或漏极区周围形成侧壁间隔件，在衬底上方并且至少在侧壁间隔件周围形成绝缘层，在绝缘层中形成至少一个开口以暴露金属栅极层。在侧壁间隔件之上的开口的截面面积大于在侧壁间隔件之下的开口的截面面积。绝缘层和侧壁间隔件由不同的材料制成。
[0151]在一个或多个实施例中，用于形成半导体线结构的行为包括在衬底上形成至少一个线体，以及对线体实施一系列的注入工艺以形成底部源极或漏极区、沟道区和顶部源极或漏极区。
[0152]上面概述了若干实施例的特征，使得本领域技术人员可以更好地理解本发明的各方面。本领域技术人员应该理解，他们可以容易地使用本发明作为基础来设计或修改用于实施与在此所介绍实施例相同的目的和/或实现相同优势的其他工艺和结构。本领域技术人员也应该意识到，这种等同构造并不背离本发明的精神和范围，并且在不背离本发明的精神和范围的情况下，在此他们可以做出多种变化、替换以及改变。
【主权项】
1.一种隧道场效应晶体管，包括: 漏极区； 源极区，其中，所述漏极区和所述源极区是相反的导电类型； 沟道区，设置在所述漏极区和所述源极区之间； 金属栅极层，设置在所述沟道区周围；以及 高k介电层，设置在所述金属栅极层和所述沟道区之间。2.根据权利要求1所述的隧道场效应晶体管，其中，所述漏极区、所述源极区和所述沟道区基本上垂直地堆叠。3.根据权利要求2所述的隧道场效应晶体管，其中，所述源极区的掺杂浓度大于所述漏极区的掺杂浓度。4.根据权利要求1所述的隧道场效应晶体管，其中，所述源极区、所述漏极区和所述沟道区中的至少一个具有梯度掺杂浓度。5.根据权利要求1所述的隧道场效应晶体管，还包括: 侧壁间隔件，设置在所述源极区周围； 绝缘层，设置在至少所述侧壁间隔件周围，其中，所述绝缘层和所述侧壁间隔件由不同的材料制成，并且，所述绝缘层中具有至少一个开口以暴露所述金属栅极层；以及 栅极接触件，通过所述开口连接至所述金属栅极层，其中，所述侧壁间隔件设置在所述栅极接触件和所述源极区之间。6.根据权利要求5所述的隧道场效应晶体管，其中，在所述侧壁间隔件之上的所述栅极接触件的截面面积大于在所述侧壁间隔件之下的所述栅极接触件的截面面积。7.一种隧道场效应晶体管组件，包括: 衬底，具有第一类型阱、第二类型阱和将所述第一类型阱和所述第二类型阱分隔开的浅沟槽隔离部件； 第一类型隧道场效应晶体管，设置在所述第二类型阱上，所述第一类型隧道场效应晶体管包括: 第一类型漏极区； 第二类型源极区； 第一类型沟道区，设置在所述第一类型漏极区和所述第二类型源极区之间； 第一金属栅极层，设置在所述第一类型沟道区周围；和 第一高k介电层，设置在所述第一金属栅极层和所述第一类型沟道区之间；以及第二类型隧道场效应晶体管，设置在所述第一类型阱上，所述第二类型隧道场效应晶体管包括: 第二类型漏极区； 第一类型源极区； 第二类型沟道区，设置在所述第二类型漏极区和所述第一类型源极区之间； 第二金属栅极层，设置在所述第二类型沟道区周围；和 第二高k介电层，设置在所述第二金属栅极层和所述第二类型沟道区之间。8.根据权利要求7所述的隧道场效应晶体管组件，其中，所述第一类型漏极区、所述第二类型源极区和所述第一类型沟道区基本上垂直地堆叠。9.根据权利要求7所述的隧道场效应晶体管组件，其中，所述第二类型漏极区、所述第一类型源极区和所述第二类型沟道区基本上垂直地堆叠。10.一种用于制造隧道场效应晶体管的方法，包括: 在衬底上形成半导体线结构，其中，所述半导体线结构包括在所述衬底上形成的底部源极或漏极区、在所述底部源极或漏极区上形成的沟道区，并且在所述沟道区上形成的顶部源极或漏极区； 在所述沟道区周围形成高k介电层；以及 在所述高k介电层周围形成金属栅极层。
【专利摘要】本发明提供了一种隧道场效应晶体管及其制造方法。隧道场效应晶体管包括漏极区、与漏极区具有相反的导电类型的源极区、设置在漏极区和源极区之间的沟道区、设置在沟道区周围的金属栅极层、以及设置在金属栅极层和沟道区之间的高k介电层。
【IPC分类】H01L21/336, H01L29/06, H01L29/78
【公开号】CN105047713
【申请号】CN201510136532
【发明人】蔡腾群, 王立廷, 林正堂, 陈德芳, 彭治棠, 王建勋, 林宏达
【申请人】台湾积体电路制造股份有限公司
【公开日】2015年11月11日
【申请日】2015年3月26日
【公告号】US20150318213