发明第四实施方式提供的垂直隧穿场效应晶体管。本实施方式中，第一外延层2c与漏区5c之间还设置有沟道层6c，利用该沟道层6c可以形成源区Ic与漏区5c之间的隧穿沟道。栅区4c的扩展部40c与沟道层6之间形成有栅介质层，以将栅区4c及沟道层6c隔离，沟道层6c的上表面高于栅区4c的扩展部40c上表面，从而可以使得栅区4与漏区5相隔离，同时利于漏区5c的加工制备。本实施方式的垂直隧穿场效应晶体管其他部分与第二实施方式相同，在此不再赘述。该垂直隧穿场效应晶体管制备过程中，需在制备漏区5c之前，先在第一外延层2c上制备形成沟道层6c，再在沟道层6c上制备漏区，从而便可在第一外延层2c与漏区5c之间增加沟道层6c。
[0127]此处，在第一实施方式或第二实施方式的垂直隧穿场效应晶体管中，第一外延层与漏区之间亦可增加一沟道层。如在第一实施方式垂直隧穿场效应晶体管中，第一外延层与漏区之间亦可增加一沟道层，则步骤S152中，具体包括以下步骤:在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一沟道层；在所述沟道层上形成所述漏区。
[0128]在上述四种实施方式的垂直隧穿场效应晶体管中，源区与所述第一外延层之间还设有第二外延层，所述第二外延层的掺杂类型与所述源区的掺杂类型相同，所述第二外延层的掺杂浓度大于所述源区的掺杂浓度。这样可以源区上形成一个非常陡峭的浓度梯度，即源区与第一外延层之间形成一个陡峭的隧穿结，进而可以增大隧穿几率，提高隧穿电流。该垂直隧穿场效应晶体管在制备过程中，在制备第一外延层之前，首先在源区上制备成型第二外延层，再制备形成第一外延层即可。
[0129]最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
【主权项】
1.一种垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述垂直隧穿场效应晶体管包括源区、第一外延层、栅介质层、栅区及两个漏区；所述第一外延层、所述栅介质层及所述栅区依次叠加于所述源区上； 所述源区上朝向所述第一外延层的表面设有第一沟槽；所述第一外延层上设有第二沟槽，所述第二沟槽形成于所述第一沟槽中，所述第二沟槽与所述第一沟槽的开口朝向相同；所述第一外延层形成所述栅区与所述源区之间的沟道； 所述栅介质层及栅区均设置于所述第二沟槽中；所述栅介质层设置于所述第一外延层上，所述栅介质层将所述栅区与所述第一外延层隔离； 两个所述漏区分别设置在所述第二沟槽外的两相对侧处，所述漏区与所述栅区相隔离；所述第一外延层延伸至所述漏区与所述源区之间，并形成所述漏区与所述源区之间的沟道。
2.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述栅区延伸至所述第二沟槽外，并朝向所述漏区延伸形成有扩展部，所述扩展部与所述第一外延层之间设置有所述栅介质层。
3.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述栅区的扩展部与所述漏区之间设有间隙；或者， 所述栅介质层延伸至所述栅区的扩展部与所述漏区之间，所述漏区与所述栅区通过绝缘材质相隔离。
4.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，在所述源区与所述第一外延层的叠加方向上，所述第一沟槽与所述第二沟槽的截面形状相同。
5.如权利要求4所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述第一沟槽的截面与所述第二沟槽的截面均为矩形。
6.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述栅区上设有第三沟槽，所述第三沟槽与所述第一沟槽的开口朝向相同。
7.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述漏区与所述第一外延层之间还设有沟道层。
8.如权利要求1所述的垂直隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述源区与所述第一外延层之间还设有第二外延层，所述第二外延层的掺杂类型与所述源区的掺杂类型相同，所述第二外延层的掺杂浓度大于所述源区的掺杂浓度。
9.一种垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 提供衬底； 在所述衬底上覆盖源区材料； 在所述源区材料上形成一第一沟槽，以制备成源区； 在所述源区上覆盖第一外延层材料，并在位于所述第一沟槽中的第一外延层材料上形成一第二沟槽，所述第二沟槽与所述第一沟槽的开口朝向相同，以制备成第一外延层；以及 在所述第一外延层上形成栅介质层、栅区及两个漏区； 所述步骤“在所述第一外延层上形成栅区及两个漏区”中包括不分先后的两个步骤:在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区，所述栅介质层将所述栅区与所述第一外延层隔离；以及， 在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一漏区，所述漏区与所述栅区相隔离。
10.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，所述步骤“在所述源区材料上形成一第一沟槽，以制备成源区”中包括以下步骤: 在源区材料上沉积一层第一掩膜层，并刻蚀该第一掩膜层的中部，以露出源区的中心区域； 以第一掩膜层为掩膜，刻蚀露出的源区的中心区域，从而形成第一沟槽； 去除余下的第一掩膜层，从而制备成源区。
11.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，当所述步骤“在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区”在所述步骤“在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一漏区”之前时，所述步骤“在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区”包括以下步骤: 在所述第一外延层整体上表面覆盖栅介质材料，并在位于所述第二沟槽中的栅介质材料上形成一凹槽； 在所述栅区介质层整体上表面覆盖栅区材料，并使栅区材料将所述凹槽填充； 去除全部或部分位于所述第一外延层的第二沟槽的两个相对侧上的栅区介质层及栅区。
12.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，当所述步骤“在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区”在所述步骤“在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一漏区”之后时，所述步骤“在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区”包括以下步骤: 在所述第一外延层及两漏区的整体上表面覆盖栅介质材料，覆盖的所述栅介质材料两侧呈对称的阶梯状，并形成一凹槽及一容置槽；所述凹槽形成于所述第二沟槽的栅介质材料中，所述容置槽形成于两个所述漏区之间栅介质材料中，所述凹槽位于容置槽的槽底； 在所述栅介质材料的整体上表面上覆盖栅区材料，所述栅区材料填充所述凹槽及所述容置槽； 移除位于所述漏区上的栅介质材料及栅区材料。
13.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述步骤“在所述第一外延层上形成栅区及两个漏区”中还包括步骤:在所述栅区上形成一第三沟槽，所述第三沟槽与所述第一沟槽开口朝向相同； 所述步骤“在所述栅区上形成一第三沟槽，所述第三沟槽与所述第一沟槽开口朝向相同”在所述步骤“在所述第一外延层的第二沟槽上依次形成栅介质层及栅区”之后。
14.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述步骤“在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一漏区”中包括以下步骤: 在所述第一外延层上位于所述第二沟槽外的两个相对侧处分别形成一沟道层； 在所述沟道层上形成所述漏区。
15.根据权利要求9所述的垂直隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，在所述步骤“在所述源区材料上形成一第一沟槽，以制备成源区”与所述步骤“在所述源区上覆盖第一外延层材料，并在位于所述第一沟槽中的第一外延层材料上形成一第二沟槽，以制备成第一外延层”之间，所述垂直隧穿场效应晶体管的制备方法还包括步骤:在所述源区上形成一第二外延层，所述第二外延层的掺杂类型与所述源区的掺杂类型相同，所述第二外延层的掺杂浓度大于所述源区的掺杂浓度。
【专利摘要】一种垂直隧穿场效应晶体管，包括源区、第一外延层、栅介质层、栅区及两个漏区；源区上设有第一沟槽；第一外延层上设有第二沟槽，第一外延层形成栅区与源区之间的隧穿沟道；栅介质层及栅区均设置于第二沟槽中；两个漏区分别设置在第二沟槽外的两相对侧处。源区的第一沟槽与栅区有重叠的区域内的载流电子都会都到栅区电场的作用，第一沟槽内各个面上的载流电子均可以发生隧穿，即利用第一沟槽增加了源区与栅区之间的重叠面积，从而增加隧穿面积；第一外延层可以形成栅区与源区之间的沟道，属于线性隧穿，栅区电场方向和源区的电子隧穿方向处于一条线上，隧穿几率大，从而提高了隧穿电流。另外，本发明还提供了上述垂直隧穿场效应晶体管的制备方法。
【IPC分类】H01L21-336, H01L29-78
【公开号】CN104659099
【申请号】CN201510003744
【发明人】赵静, 杨喜超, 张臣雄
【申请人】华为技术有限公司
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年1月4日