[发明专利]互补TFET及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，特别涉及互补隧穿场效应晶体管(TFET)及其制造方法。

背景技术

为了不断提高大规模集成电路性能并降低成本，传统MOSFET的特征尺寸不断缩小。然而，随着器件尺寸缩小到亚微米甚至纳米尺度，器件的短沟道效应等负面影响也愈加严重。可以通过采用TFET取代传统的MOSFET来减小短沟道效应的影响。

TFET本质上是一个栅控的反偏PIN二极管。一个典型的TFET沿沟道方向的截面图如图1所示，与常规MOSFET不同，TFET的源漏区掺杂类型是不同的，对于这个nTFET来说，N⁺掺杂区为漏区，P⁺掺杂区为源区。下面以图1的nTFET为例简要说明TFET的工作原理。开态时，如图2A所示，栅上加正偏压，使得沟道区的电势降低，源区和沟道区之间的势垒层变薄，由此电子可以从TFET的源区隧穿到沟道区，然后在电场作用下漂移到漏区。关态时，如图2B所示，源区和沟道区之间的势垒层较厚，不发生隧穿。

与常规MOSFET相比，TFET能够减小亚阈值摆幅SS(subthreshold swing)，由此能够进一步减小开态/关态电压摆幅。常规MOSFET源区注入基于扩散-漂移机制，载流子的费米-狄拉克分布使得SS与kT/q成正比，室温下SS的最小可能值为60mV/dec；而TFET源区注入基于隧穿机制，能够突破60mV/dec的限制。

TFET具有低漏电流、低SS和低功耗等优异特性。但是，由于现有的TFET多是基于横向隧穿的，受到隧穿面积和隧穿几率的限制，TFET面临着开态电流小的问题，极大地限制了TFET器件的应用。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种同时具备低SS和大开态电流等优点的TFET。本发明通过分别选择具备高电子或空穴迁移率，而同时又具备较窄的禁带宽度的半导体材料分别作为N型和P型隧穿场效应晶体管(TFET)的有源区材料，进而提高器件的开态电流。

根据本发明的第一方面，提供了一种包括nTFET和pTFET的互补TFET。nTFET可以包括InSb体区上方的第一金属栅、第一掺杂类型的InSb源区、和与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的InSb漏区。pTFET可以包括GaSb体区上方的第二金属栅、第一掺杂类型的GaSb漏区、和与第一掺杂类型不同的第二掺杂类型的GaSb源区。

优选地，nTFET还可以包括位于InSb体区与第一金属栅之间的高k氧化物。

优选地，pTFET还可以包括位于GaSb体区与第二金属栅之间的高k氧化物。

优选地，所述互补TFET是高迁移率TFET。

优选地，nTFET还可以包括位于高k氧化物和第一金属栅两侧的间隔物。

优选地，pTFET还可以包括位于高k氧化物和第二金属栅两侧的间隔物。

优选地，nTFET和pTFET可以位于Ge外延层上，SiGe缓冲层可以位于Si衬底和Ge外延层之间。

优选地，第一掺杂类型可以包括n型掺杂，第二掺杂类型可以包括p型掺杂。

优选地，第一掺杂类型可以包括p型掺杂，第二掺杂类型可以包括n型掺杂。

优选地，浅沟槽隔离物可以位于nTFET与pTFET之间，浅沟槽隔离物可以包括氧化物。

优选地，nTFET的源区和漏区的掺杂浓度均不小于1×10¹⁹cm^-3，pTFET的源区和漏区的掺杂浓度均不小于1×10¹⁹cm^-3。

根据本发明的第一方面，提供了一种制造互补TFET的方法，包括：提供基板；分别形成nTFET和pTFET的有源区；分别形成nTFET和pTFET的金属栅；以及分别形成nTFET的具有不同掺杂类型的源区和漏区以及pTFET的具有不同掺杂类型的漏区和源区，其中pTFET区的有源区由GaSb形成，nTFET区的有源区由InSb形成。

优选地，所述互补TFET是高迁移率TFET。

优选地，可以在nTFET的金属栅与有源区之间形成高k氧化物。

优选地，可以在pTFET的金属栅与有源区之间形成高k氧化物。

优选地，在nTFET和pTFET的要形成沟道区的区域上方分别形成nTFET和pTFET的金属栅(60a、60b)。