[发明专利]一种垂直环栅隧穿晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种结合垂直沟道、异类杂质分凝和肖特基势垒源/漏结构的环栅场效应晶体管，其特征是，包括一个垂直方向的环状半导体沟道(4)，一个环状栅电极(6)，一个环状栅介质层(5)，一个源区(2)，一个杂质分凝区(7)，一个漏区(3)，一个杂质分凝区(8)，一个半导体衬底(1)；

其中，源区(2)位于垂直沟道(4)的底部，与衬底(1)相接；杂质分凝区(7)介于源区(2)与垂直沟道(4)之间；漏区(3)位于垂直沟道(4)的顶部；杂质分凝区(8)介于漏区(3)与垂直沟道(4)之间；栅介质层(5)和栅电极(6)呈环状围绕住垂直沟道(4)；源区(2)和漏区(3)分别与沟道(4)形成肖特基接触；

所述杂质分凝区(7)和杂质分凝区(8)的杂质选自异类材质，即：杂质分凝区(7)的杂质选自于p型材料时，杂质分凝区(8)的杂质选自于n型材料；杂质分凝区(7)的杂质选自于n型材料时，杂质分凝区(8)的杂质选自于p型材料。

2.如权利要求1所述的环珊场效应晶体管，其特征是，所述源区和漏区为金属或金属与衬底材料形成的化合物，且所述源漏区金属为同一种金属。

3.如权利要求1所述的环珊场效应晶体管，其特征是，所述源端和漏端杂质分凝区为异类杂质高掺杂分凝区域。

4.一种环珊场效应晶体管的制备方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)在半导体衬底上通过半导体线条应力限制氢化或氧化工艺获取垂直纳米线；

(2)在衬底与纳米线表面沉积双层介质并光刻加工窗口；

(3)湿法腐蚀暴露源端纳米线，进行高掺杂杂质注入，淀积金属并实施金属和硅固相反应形成高掺杂杂质分凝区和埋源区；

(4)高密度等离子体淀积回刻介质至填满为源区固相反应打开的加工窗口，选择性腐蚀纳米线上介质层后淀积High-K栅介质与金属栅组合层，并形成栅极引线；

(5)沉积介质至将栅电极覆盖，此时沉积的介质厚度对应于场效应晶体管器件的设计栅长；

(6)选择性腐蚀High-K栅介质及栅电极层至漏极纳米线漏出；

(7)沉积介质形成栅/漏隔离，进行高掺杂杂质注入，淀积金属并实施金属和Si固相反应形成杂质分凝区和漏极结构；

(8)最后进入常规CMOS后道工序，包括淀积钝化层、开接触孔以及金属化，即可制得所述的场效应晶体管；

其中，步骤(3)和步骤(7)所述的杂质选自异类材质，即：步骤(3)所述的杂质选自于p型材料时，步骤(7)所述的杂质的材料选自于n型；步骤(3)所述的杂质选自于n型材料时，步骤(7)所述的杂质的材料选自于p型。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(1)中的半导体衬底材料选自Si、Ge、SiGe、GaAs或其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半导体、绝缘体上的硅或绝缘体上的锗。

6.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(2)中的双层介质层材料，外层选自SiNx，内层选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。

7.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(3)、(7)中的掺杂杂质选自V族n型杂质或III族p型杂质，两步中杂质所选为不同种类。

8.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(3)和(7)中的固相反应金属材料选自Pt、Er、Co、Ni以及其他可与衬底半导体材料通过退火形成化合物的金属，两步中的金属为同一种金属。

9.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(4)中的High-K栅介质与金属栅组合层材料选自HfO₂/TiN，或HfSiON、HfZrO、HfMgO、HfAlO。

10.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(4)和(5)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。

11.如权利要求4所述的制备方法，其特征是，所述步骤(7)中的介质层材料选自二氧化硅、二氧化铪或氮化铪。