專利名稱：一種耐高壓的隧穿晶體管及其制備方法
技術領域：
本發明涉及半導體設計及制造技術領域，特別涉及一種具有高擊穿電壓的縱向隧穿晶體管及其制備方法。
背景技術：
對于MOSFET集成電路，關態泄露電流隨著集成電路尺寸的縮小而迅速上升，為降低泄露電流，從而進一步降低器件的功耗，提高器件的耐壓能力，與MOSFET不同工作原理的隧穿晶體管得到了廣泛的應用。目前，常規隧穿晶體管為平面結構，漏極和源極位于半導體襯底的同一個平面，這種結構的隧穿晶體管耐高壓能力差，導通電阻較大，功耗高。并且器件的形狀為規則的四邊形，散熱面積較小，不利于熱量的散出。因此，如何提高隧穿晶體管的耐壓能力，提高散熱性能，降低功耗是隧穿晶體管研制過程中亟需解決的技術問題。

發明內容
本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題，特別創新地提出了一種耐高壓的隧穿晶體管及其制備方法。為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第一個方面，本發明提供了一種耐高壓的隧穿晶體管，其包括半導體襯底及其上形成的漏極，所述漏極為重摻雜；外延層，所述外延層形成在所述漏極之上，在所述外延層內形成有隔離區；埋層，所述埋層形成于所述外延層內，所述埋層的摻雜類型與所述漏極的摻雜類型相反，所述埋層為輕摻雜；源極，所述源極形成于所述埋層內且暴露于所述外延層的上表面，所述源極的摻雜類型與所述漏極的摻雜類型相反，所述源極為重摻雜；柵介質和柵極，所述柵介質形成于所述外延層之上， 所述柵極形成于所述柵介質之上；源極金屬層和漏極金屬層，所述源極金屬層形成于所述源極之上，所述漏極金屬層形成于漏極之下。本發明的耐高壓的隧穿晶體管在靠近源極的非重摻雜的ρ區以及靠近漏極的非重摻雜的η區，提高了器件在關態下的耐擊穿能力，在開態時由于有柵壓的作用，表面會形成電子積累或電子反型，這兩個區域不會影響開態特性。其外延層為低摻雜材料或本征材料，能夠降低器件的導通電阻，減小大電流下的功耗，而且其形狀為菱形，可以增加器件散熱，優化器件在大電流下的特性，本發明的耐高壓的隧穿晶體管為垂直結構，其溝道區長度比普通平面隧穿晶體管器件長，截面積也遠大于普通器件，能夠提高器件源漏的耐高電壓能力，優化器件在大電流下的特性。為了實現本發明的上述目的，根據本發明的第二個方面，本發明提供了一種耐高壓的隧穿晶體管的制備方法，其包括如下步驟Sl 提供襯底，在所述襯底上形成有重摻雜的漏極；S2 在所述漏極上形成外延層；S3 在所述外延層內形成隔離區；S4 在所述外延層之上形成柵介質；
S5 在所述柵介質之上形成柵極；S6 光刻、刻蝕、去膠，形成柵堆疊；S7:光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成埋層，所述埋層為輕摻雜；S8:光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成源極，所述源極為重摻雜；S9 在源極之上形成源極金屬層，在漏極之下形成漏極金屬層。本發明的制備方法在漏極之上制備低摻雜或本征的外延層，能夠降低器件的導通電阻，減小大電流下的功耗，其在靠近源極制備非重摻雜的P區以及靠近漏極制備非重摻雜的η區，能夠提高器件在關態下的耐擊穿能力。本發明的附加方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。


本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是本發明耐高壓隧穿晶體管的結構示意圖；圖2 —圖10是本發明耐高壓隧穿晶體管的制作流程圖。附圖標記1漏極；2外延層；3隔離區；4柵介質；5柵極；6埋層；7隔離層；8源極；9源極金屬層；10鈍化層；11漏極金屬層；12引線孔；13引線金屬層。
具體實施例方式下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，需要理解的是，術語“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、 “左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。在本發明的描述中，除非另有規定和限定，需要說明的是，術語“安裝”、“相連”、 “連接”應做廣義理解，例如，可以是機械連接或電連接，也可以是兩個元件內部的連通，可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語的具體含義。圖1是本發明耐高壓隧穿晶體管的結構示意圖，圖中僅僅是示意的給出了各區域的尺寸，具體的尺寸可以根據器件參數的要求進行設計。從圖1中可見，該耐高壓隧穿晶體管包括半導體襯底，該半導體襯底可以是制備隧穿晶體管的任何半導體襯底，具體可以是但不限于硅、鍺硅、鍺、砷化鎵。在半導體襯底上形成有漏極1，該漏極1為重摻雜。在漏極 1之上形成有外延層2，該外延層2的材料與半導體襯底晶格匹配，在本實施方式中，該外延層2的材料可以為但不限于硅、鍺硅、硅/鍺硅多層復合結構、碳化硅或III-V族半導體材料，該外延層2為本征材料或者輕摻雜材料，能夠降低器件的導通電阻，減小大電流下器件的功耗。在外延層2內形成有隔離區3，該隔離區3可以為場氧區或深槽隔離區，在本實施方式中，采用場氧區進行隔離，在外延層2內還形成有埋層6，該埋層6為輕摻雜，其摻雜類型與漏極1的摻雜類型相反。在埋層6內形成有源極8，該源極8暴露于外延層2的上表面，該源極8為重摻雜，其摻雜類型與漏極1的摻雜類型相反。在外延層2之上形成有柵介質4，該柵介質4可以是制備晶體管中使用的任何柵介質材料，可以為但不限于高K介質，二氧化硅或具有功函數調節功能的材料，在本實施方式中，柵介質4采用能夠調節外延層的功函數的功函數調諧層，對于η型外延層，功函數調諧層可以為但不限于HfO2,對于ρ型外延層，功函數調諧層可以為但不限于Al的化合物。在柵介質4之上形成有柵極5，在本實施方式中，柵極5可以為但不限于多晶硅柵極或金屬柵極。在源極之上形成有源極金屬層9， 在器件背面漏極1之下形成有漏極金屬層11，在本實施方式中，源極金屬層9和漏極金屬層 11的材料為金屬半導體合金。本發明的隧穿晶體管器件為垂直結構，其溝道區長度比平面隧穿晶體管長，截面積也大于平面隧穿晶體管件，從而增強器件源漏的耐高電壓能力，同時優化器件的大電流下的特性。在本實施方式中，隧穿晶體管的形狀為多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。在本發明的一種更加優選的實施方式中，該隧穿晶體管的形狀為菱形。從而增大了器件的散熱面積，提高了器件的散熱能力，優化了器件在大電流下的特性。在本實施方式中，柵介質4和柵極5的側壁上形成有隔離層7。在源極金屬層9和柵極5之上形成有鈍化層10，在鈍化層10上具有貫通至源極金屬層9和柵極5的引線孔 12。在鈍化層10之上形成有引線金屬層13，該引線金屬層13通過引線孔12與源極金屬層 9和柵極5連接。為形成圖1中所示的結構，本發明提供了一種耐高壓的隧穿晶體管的制備方法， 其包括如下步驟Sl 提供襯底，在襯底上形成有重摻雜的漏極1 ；S2 在漏極1上形成外延層2 ；S3 在外延層內形成隔離區3，該隔離區3可以為場氧區或深槽隔離區，在本實施方式中，采用場氧區進行隔離；S4 在外延層2之上形成柵介質4 ；S5 在柵介質4之上形成柵極5 ；S6 光刻、刻蝕、去膠，形成柵堆疊；S7:光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成埋層6，該埋層6為輕摻雜；S8:光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成源極8，該源極8為重摻雜；S9 在源極之上形成源極金屬層9，在漏極1之下形成漏極金屬層11。
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在本實施方式中，在步驟S7和S8之后可以具有以下步驟在柵堆疊側壁上形成隔離層7。在步驟S9之后還可以具有以下步驟SlO 在源極金屬層9和柵極5之上形成鈍化層10，然后光刻，刻蝕，在鈍化層上形成貫通至源極金屬層9和柵極5的引線孔12 ；Sll 在鈍化層10之上形成引線金屬層13，該引線金屬層13通過引線孔12與源極金屬層9和柵極5連接。按照圖2至圖10的步驟能夠制備圖1中所示的耐高壓隧穿晶體管，圖中所示是在 η型半導體襯底上制作耐高壓隧穿晶體管，對于ρ型半導體襯底上制備的器件，按照相反的摻雜類型摻雜即可。如圖2所示，首先提供一個η型襯底，該襯底為輕摻雜，然后在襯底上經過離子注入、擴散形成重摻雜的η+的漏極1，在漏極1上生長外延層2，該外延層2為本征層或者輕摻雜的η-區，其材料可以為但不限于硅、鍺硅、硅/鍺硅多層復合結構、碳化硅或III-V族半導體材料，如圖3所示。隨后，淀積保護介質，光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行刻蝕，去膠，形成圖形，在圖形的保護下，氧化，刻蝕去掉保護介質，形成場氧區，如圖4所示，在本實施方式中，保護介質為氮化硅，場氧區的材料為二氧化硅。隨后，如圖5所示，在外延層2上淀積柵介質層材料，經過涂膠、光刻、刻蝕、去膠，形成柵介質4，在本實施方式中，柵介質4的材料可以為但不可限于二氧化硅或氧化鉿。在柵介質4上淀積柵極5，在本實施方式中，柵極 5可以為但不限于多晶硅柵極或金屬柵極，然后涂光刻膠、光刻、刻蝕、去膠，形成柵堆疊，如圖6所示。隨后，如圖7所示，在外延層2內形成埋層6，步驟為光刻，然后在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極1的摻雜類型相反，并擴散，退火形成埋層6，該埋層6 為輕摻雜，然后，如圖8所示，淀積保護介質，干法刻蝕，在柵堆疊側壁上形成隔離層7，在本實施方式中，保護介質為二氧化硅或者氮氧化硅。然后，如圖9所示，光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極1的摻雜類型相反，并擴散，退火形成源極8，該源極8 為重摻雜，其位于埋層6內并暴露于外延層2的上表面。如圖10所示，在源極之上形成源極金屬層9，在漏極1之下形成漏極金屬層11，在本實施方式中，源極金屬層9和漏極金屬層11分別與源極8和漏極1形成歐姆接觸，其材料可以為但不限于金屬硅化物或金屬。為形成圖1所示的結構，在形成圖10所示的結構后，在源極金屬層9和柵極5之上形成鈍化層10，然后光刻，刻蝕，在鈍化層上形成貫通至源極金屬層9和柵極5的引線孔12，并且在鈍化層10之上形成引線金屬層13，該引線金屬層13通過引線孔12與源極金屬層9和柵極 5連接。本發明中可以通過光刻使隧穿晶體管的形狀為多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形，在本實施方式中，隧穿晶體管的形狀為菱形，這種形狀能夠提高器件的散熱特性，優化器件在大電流下的特性。本發明在漏極之上制備低摻雜或本征的外延層，能夠降低器件的導通電阻，減小大電流下的功耗，其在靠近源極制備非重摻雜的P區以及靠近漏極制備非重摻雜的η區，能夠提高器件在關態下的耐擊穿能力。在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。 盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。
權利要求
1.一種耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，包括 半導體襯底及其上形成的漏極，所述漏極為重摻雜；外延層，所述外延層形成在所述漏極之上，在所述外延層內形成有隔離區； 埋層，所述埋層形成于所述外延層內，所述埋層的摻雜類型與所述漏極的摻雜類型相反，所述埋層為輕摻雜；源極，所述源極形成于所述埋層內且暴露于所述外延層的上表面，所述源極的摻雜類型與所述漏極的摻雜類型相反，所述源極為重摻雜；柵介質和柵極，所述柵介質形成于所述外延層之上，所述柵極形成于所述柵介質之上；源極金屬層和漏極金屬層，所述源極金屬層形成于所述源極之上，所述漏極金屬層形成于漏極之下。
2.如權利要求1所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述外延層的材料為硅、鍺硅、硅/鍺硅多層復合結構、碳化硅或III-V族半導體材料。
3.如權利要求1或2所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述外延層為本征材料或者輕摻雜材料。
4.如權利要求1所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述隧穿晶體管的形狀為多邊形、圓形、線形和弧形組成的圖形、或者不規則弧線組成的圖形。
5.如權利要求1或4所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述隧穿晶體管的形狀為菱形。
6.如權利要求1所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述柵介質層為功函數調諧層。
7.如權利要求1所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，在所述柵介質和柵極的側壁上形成有隔離層。
8.如權利要求1所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述源極金屬層和漏極金屬層的材料為金屬半導體合金。
9.如權利要求1或8所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述源極金屬層和柵極之上形成有鈍化層，所述鈍化層上具有貫通至所述源極金屬層和柵極的引線孔。
10.如權利要求9所述的耐高壓的隧穿晶體管，其特征在于，所述鈍化層之上形成有引線金屬層，所述引線金屬層通過引線孔與所述源極金屬層和柵極連接。
11.一種耐高壓的隧穿晶體管的制備方法，其特征在于，包括如下步驟51提供襯底，在所述襯底上形成有重摻雜的漏極；52在所述漏極上形成外延層；53在所述外延層內形成隔離區；54在所述外延層之上形成柵介質；55在所述柵介質之上形成柵極；56光刻、刻蝕、去膠，形成柵堆疊；57光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成埋層，所述埋層為輕摻雜；58光刻，在掩膜掩蔽的情況下進行離子注入，注入類型與漏極相反，并擴散，退火形成源極，所述源極為重摻雜；S9 在源極之上形成源極金屬層，在漏極之下形成漏極金屬層。
12.如權利要求11所述的耐高壓的隧穿晶體管的制備方法，其特征在于，在所述步驟 S7和S8之后具有以下步驟在柵堆疊側壁上形成隔離層。
13.如權利要求11所述的耐高壓的隧穿晶體管的制備方法，其特征在于，在所述步驟 S9之后具有以下步驟510在所述源極金屬層和柵極之上形成鈍化層，然后光刻，刻蝕，在所述鈍化層上形成貫通至所述源極金屬層和柵極的引線孔；511在所述鈍化層之上形成引線金屬層，所述引線金屬層通過引線孔與所述源極金屬層和柵極連接。
全文摘要
本發明提出了一種耐高壓的隧穿晶體管及其制備方法，該隧穿晶體管包括漏極，外延層，埋層，源極，柵介質，柵極，源極金屬層和漏極金屬層。本發明隧穿晶體管能夠提高器件在關態下的耐擊穿能力，降低器件的導通電阻，減小大電流下的功耗，提高器件散熱能力，優化器件在大電流下的特性。本發明的制備方法在漏極之上制備低摻雜或本征的外延層，能夠降低器件的導通電阻，減小大電流下的功耗，其在靠近源極制備非重摻雜的p區以及靠近漏極制備非重摻雜的n區，能夠提高器件在關態下的耐擊穿能力。
文檔編號H01L29/06GK102544104SQ20121000939
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者崔寧, 梁仁榮, 王敬, 許軍 申請人:清華大學