[发明专利]多边形沟道层多栅结构隧穿晶体管及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种多边形沟道层多栅结构隧穿晶体管及其形成方法。

背景技术

随着晶体管沟道长度的减小，传统的MOSFET器件特性随着短沟道效应的增强而不断恶化。器件关态泄漏电流不断增大，使得芯片功耗急剧增加。在后摩尔时代，应用新材料和新结构的器件成为延续摩尔定律进入纳米尺度的希望。在众多新结构器件中，隧穿场效应晶体管(TFET)是非常重要的新器件之一，它不仅仅能够有效克服MOSFET在小尺寸下的短沟道效应，而且具有亚阈值摆幅低、关态电流小的特点，能够有效的降低电源电压，进而降低功耗。但是，现存的TFET开台电流小的问题一定程度上限制了其应用。最基本的隧穿场效应晶体管为平面型器件，平面型TFET电流密度小，并且在沟道长度减小到一定程度以后，源和漏之间的直接隧穿也会带来一定的泄漏电流。为了克服该缺点，现有技术对器件进行了改进，提出了如图1所示的具有圆环形栅极的TFET，其中栅极于垂直于沟道层延长方向的截面是圆环形的。但是，圆环形栅极TFET的电流驱动能力仍然不足以应用，因此亟待提出新型的TFET器件。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一，本发明旨在提供一种关态电流小，开态电流大、抑制短沟道层效应的能力强的多边形沟道层多栅结构隧穿晶体管及其形成方法。

为实现上述目的，根据本发明实施例的多边形沟道层多栅结构隧穿晶体管，包括：衬底；沟道层，所述沟道层形成在所述衬底之上，所述沟道层沿垂直沟道层延长方向的截面为多边形；栅堆叠，所述栅堆叠形成在所述沟道层之上，所述栅堆叠包括紧邻沟道层的栅介质层以及紧邻所述栅介质层的栅电极，所述栅堆叠覆盖所述沟道层的所有侧面或者多个连续相邻侧面。

在本发明的一个实施例中，所述多边形为三角形、四边形、五边形、六边形。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层沿垂直于沟道层延长方向的截面的多边形具有倒角，所述倒角半径小于5nm。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层延长方向与所述衬底所在平面平行或垂直。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层的材料为Si、Ge、SiGe、III-V族化合物半导体、II-VI族化合物半导体中的任意一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层内部存在应力。

在本发明的一个实施例中，所述栅介质层的材料为SiO₂或HfO₂、Al₂O₃、Ta₂O₅、BeO、ZrO₂或La₂O₃中的一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述栅介质层的厚度为2-10nm。

在本发明的一个实施例中，所述栅极层的材料为Al、Cu、W、Ni、Pt等金属材料以及其与半导体形成的金属半导体化合物，或掺杂浓度在10¹⁹以上的N型或P型多晶硅。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层中的源端为第一类型掺杂，漏端为第二类型掺杂，沟道层的中间部分为本征或者低浓度的第二类型掺杂。

为实现上述目的，根据本发明实施例的多边形沟道层多栅结构隧穿晶体管的形成方法，包括以下步骤：S1.提供衬底；S2.在所述衬底之上形成沟道层，所述沟道层沿垂直沟道层延长方向的截面为多边形；S3.在所述沟道层之上形成栅堆叠，所述栅堆叠包括紧邻沟道层的栅介质层以及紧邻所述栅介质层的栅电极，所述栅堆叠覆盖所述沟道层的所有侧面或者多个连续相邻侧面。

在本发明的一个实施例中，所述多边形为三角形、四边形、五边形、六边形。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层沿垂直于沟道层延长方向的截面的多边形具有倒角，所述倒角半径小于5nm。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层延长方向与所述衬底所在平面平行或垂直。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层的材料为Si、Ge、SiGe、III-V族化合物半导体、II-VI族化合物半导体中的任意一种或多种的组合。

在本发明的一个实施例中，所述沟道层的半导体材料内部存在应力。