[发明专利]一种双围栅结构的隧穿场效应晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种隧穿场效应晶体管，其特征在于，包括：具有第一种掺杂类型的半导体衬底；在半导体衬底上形成的垂直衬底的环状沟道区；在所述环状沟道区的外侧的底部形成第二种掺杂类型的的环状的漏区；在所述环状沟道区的内侧的底部形成的辅助连通漏区的第二种掺杂类型的区域；在所述环状沟道区的内部的侧面和底部形成的开口向上的槽形的环状的内围栅介质层；在所述内围栅介质层内形成的填充的圆柱形的内围栅导电层；在所述环状沟道区的外部的侧面和底部形成的开口向上的“L”形环状的外围栅介质层；在所述外围栅介质层内形成填充的环状的外围栅导电层；在所述外围栅导电层的外侧和漏区上形成的环状的第一绝缘层；在所述环状沟道区的上面形成的具有第一种掺杂类型的环状的源区；覆盖在所述源区、内围栅导电层、内围栅介质层、外围栅导电层、外围栅介质层和第一绝缘层上的第二绝缘层；在所述第二绝缘层和第一绝缘层中形成的连通漏区的环状的漏电极；在所述第二绝缘层中形成的连通内围栅导电层的圆柱形的内围栅电极；连通所述外围栅导电层的环状的外围栅电极；以及连通所述源区的环状的漏电极。

2.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述半导体衬底是单晶硅、多晶硅、绝缘材料上的硅以及其他半导体材料。

3.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述内围栅导电层和外围栅导电层的导电材料是掺杂的多晶硅、氮化钛或氮化钽以及金属等材料。

4.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述内围栅介质层和外围栅介质层的绝缘薄膜材料是氧化硅或氧化氟等高K栅材料。

5.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述第一绝缘层的绝缘薄膜材料可以是氧化硅或氮化硅。

6.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述第二绝缘层的绝缘薄膜材料可以是氧化硅或氮化硅。

7.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述电极的导电材料可以是掺杂的多晶硅、金属铝或金属钨等。

8.如权利要求1所述的隧穿场效应晶体管，其特征在于，所述第一种掺杂类型和所述第二种掺杂类型的杂质为互补的杂质类型，如磷与硼等。

9.一种权利要求1所述隧穿场效应晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

1)提供一个具有第一种掺杂类型的半导体衬底；

2)依次氧化或淀积形成第一层绝缘薄膜和第二层绝缘薄膜；

3)再淀积第一层抗蚀剂层，并掩膜曝光刻蚀出内围栅所需的图形窗口；

4)在抗蚀剂掩膜作用下，用反应离子深刻蚀(RIE)分别刻蚀所述第二层绝缘薄膜、第一层绝缘薄膜和半导体衬底，形成圆柱形通孔；

5)去除所述第一层抗蚀剂层，然后离子注入并快速热退火，在圆柱形通孔底部形成具有第二种掺杂类型的掺杂区域；

6)在所述圆柱形通孔的侧面和底部，通过氧化或淀积形成内围栅介质层；

7)淀积第一种导电薄膜，填充所述圆柱形通孔，在所述内围栅介质层上形成内围栅导电层，并作平坦化；

8)淀积第二层抗蚀剂层，并通过掩膜曝光刻蚀形成外围栅和第一绝缘层所需的图形窗口；

9)在所述第二层抗蚀剂层的掩膜作用下，用反应离子深刻蚀(RIE)分别刻蚀所述第二层绝缘薄膜、第一层绝缘薄膜和半导体衬底，形成环状槽形通孔；

10)去除所述第二层抗蚀剂层，用离子注入并快速热退火，在环状槽形通孔底部形成具有第二种掺杂类型的漏区；

11)在所述环状槽形通孔的侧面和底部，通过氧化或淀积形成外围栅介质层；

12)淀积第一种导电薄膜，填充环状槽形通孔，并作平坦化；

13)刻蚀所述第一种导电薄膜，直至低于环状沟道区的顶部；

14)去除所述第一层绝缘薄膜和第二层绝缘薄膜，然后淀积一层光刻胶，并掩膜曝光光刻出环状沟道区的窗口；

15)离子注入并快速热退火形成环状的源区；

16)去除光刻胶，然后刻蚀填充环状槽形通孔的所述第一种导电薄膜，直至底部的所述外围栅介质层；

17)淀积第一种绝缘薄膜材料，形成环状的第一绝缘层和覆盖在源区、内围栅导电层、内围栅介质层、外围栅导电层、外围栅介质层和第一绝缘层上的第二绝缘层；

18)在所述第二绝缘层和第一绝缘层中形成的连通漏区的环状的漏电极；

19)在所述第二绝缘层中形成的连通内围栅导电层的圆柱形的内围栅电极，连通外围栅导电层的环状的外围栅电极以及连通源区的环状的漏电极。