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用于垂直隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的系統(tǒng)和方法

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用于垂直隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的系統(tǒng)和方法
【專利摘要】用于垂直隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的系統(tǒng)和方法。本發(fā)明公開(kāi)了一種半導(dǎo)體器件單元。該半導(dǎo)體器件單元包括具有柵極表面和接觸表面的晶體管柵極,以及通過(guò)源極接觸件接觸的源極區(qū)。半導(dǎo)體器件單元還包括通過(guò)漏極接觸件接觸的漏極區(qū),其中漏極接觸件相對(duì)于晶體管柵極的柵極表面不在源極接觸件的對(duì)面。公開(kāi)了柵極接觸件相比于與漏極接觸件的距離更靠近源極接觸件的其他半導(dǎo)體器件單元。
【專利說(shuō)明】用于垂直隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件,更具體而言,涉及用于垂直隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管單元的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在過(guò)去的數(shù)十年中,半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。半導(dǎo)體材料和設(shè)計(jì)方面的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了越來(lái)越小且越來(lái)越復(fù)雜的電路。隨著與加工和制造相關(guān)的技術(shù)也經(jīng)歷了技術(shù)進(jìn)步,使得這些材料和設(shè)計(jì)進(jìn)步成為可能。在半導(dǎo)體進(jìn)展的過(guò)程中,由于減小了可以可靠地制造的最小部件尺寸,從而增加了平均每單位面積上互連器件的數(shù)目。
[0003]然而,隨著最小部件尺寸的減小,出現(xiàn)了眾多問(wèn)題。當(dāng)部件變得更接近時(shí),漏電流現(xiàn)象就會(huì)變得更明顯,信號(hào)會(huì)更容易出現(xiàn)交叉,因此電力供給就成為重要的考慮因素。在繼續(xù)追求縮放工藝的過(guò)程中,半導(dǎo)體集成電路產(chǎn)業(yè)得到了諸多發(fā)展。其中一個(gè)發(fā)展是用隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET)潛在地替換或補(bǔ)充傳統(tǒng)的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0004]TFET是一種有前景的器件,由于其亞閾值擺幅小于60mV/dec,TFET可以在基本上不增加斷態(tài)漏電流的情況下能夠進(jìn)一步縮放電源電壓。然而,目前的TFET并不能在各方面都盡如人意。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題,根據(jù)本發(fā)明的一方面,提供了一種半導(dǎo)體器件單元,包括:晶體管柵極,具有柵極表面和接觸表面;源極區(qū),通過(guò)源極接觸件接觸;以及漏極區(qū),通過(guò)漏極接觸件接觸,其中所述漏極接觸件相對(duì)于所述晶體管的柵極表面不在所述源極接觸件的對(duì)面。
[0006]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,與所述晶體管柵極連接的漏極接觸件和柵極接觸件相對(duì)于所述源極接觸件彼此相對(duì)布置。
[0007]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述漏極接觸件、所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置。
[0008]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置,而所述柵極接觸件以相對(duì)于所述源極接觸件和所述漏極接觸件成直角的方式布置。
[0009]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置,而所述漏極接觸件以相對(duì)于所述源極接觸件和所述漏極接觸件成直角的方式布置。
[0010]所述的半導(dǎo)體器件單元還包括:位于所述晶體管柵極的接觸表面下方的淺溝槽隔尚結(jié)構(gòu)。
[0011]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,所述源極區(qū)位于所述漏極區(qū)上方。
[0012]在所述的半導(dǎo)體器件單元中,所述源極區(qū)、所述漏極區(qū)和所述晶體管柵極形成隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其中所述晶體管柵極的柵極表面與所述源極區(qū)的一部分和所述漏極區(qū)的
一部分重疊。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面,提供了一種半導(dǎo)體器件,包括:第一隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET),所述第一 TFET包括:具有接觸表面和柵極表面的第一晶體管柵極,所述柵極表面圍繞第一截頭錐形源極區(qū)的一部分,所述接觸表面通過(guò)第一柵極接觸件接觸;通過(guò)第一漏極接觸件連接的第一漏極區(qū);以及與所述第一截頭錐形源極區(qū)連接的第一源極接觸件,其中所述第一柵極接觸件相比于與所述第一漏極接觸件的距離更靠近所述第一源極接觸件。
[0014]在所述的半導(dǎo)體器件中,所述第一漏極區(qū)包括截頭錐形漏極部分,所述截頭錐形漏極部分以同軸的方式位于所述第一截頭錐形源極區(qū)的下方。
[0015]在所述的半導(dǎo)體器件中,所述第一柵極接觸件、所述第一源極接觸件和所述第一漏極接觸件以共線的方式布置。
[0016]所述的半導(dǎo)體器件還包括:第二 TFET,所述第二 TFET具有第二漏極區(qū)、第二晶體管柵極和第二源極區(qū),所述第二源極區(qū)位于所述第二漏極區(qū)上方,并且其中:所述第一源極接觸件與電壓源連接;所述第二源極區(qū)與第二源極接觸件連接,所述第二源極接觸件接地;所述第一晶體管柵極與所述第二晶體管柵極電連接,所述第一柵極接觸件將所述第一晶體管柵極和所述第二晶體管柵極與輸入信號(hào)連接起來(lái);以及所述第一漏極區(qū)和所述第二漏極區(qū)與輸出信號(hào)連接。
[0017]所述的半導(dǎo)體器件還包括:第二 TFET,所述第二 TFET具有第二漏極區(qū)、第二晶體管柵極和第二源極區(qū),所述第二源極區(qū)位于所述第二漏極區(qū)上方,并且所述第一晶體管柵極與所述第二晶體管柵極連接;第三TFET,所述第三TFET具有共享的所述第二漏極區(qū)、第三晶體管柵極和第三源極區(qū),所述第三源極區(qū)位于所述第二漏極區(qū)上方;以及第四TFET,所述第四TFET具有第三漏極區(qū)、與所述第三晶體管柵極連接的第四晶體管柵極和第四源極區(qū),所述第四源極區(qū)位于所述第三漏極區(qū)上方;其中所述第一 TFET、所述第二 TFET、所述第三TFET和所述第四TFET連接起來(lái)以形成NAND柵極。
[0018]所述的半導(dǎo)體器件還包括:第二 TFET,所述第二 TFET具有第二漏極區(qū)、與所述第一晶體管柵極連接的第二晶體管柵極和第二源極區(qū),所述第二源極區(qū)位于所述第二漏極區(qū)上方;第三TFET,所述第三TFET具有共享的所述第二漏極區(qū)、第三晶體管柵極和第三源極區(qū),所述第三源極區(qū)位于所述第二漏極區(qū)上方;第四TFET,所述第四TFET具有第三漏極區(qū)、與所述第三晶體管柵極連接的第四晶體管柵極和第四源極區(qū),所述第四源極區(qū)位于所述第三漏極區(qū)上方;其中,所述第一 TFET、所述第二 TFET、所述第三TFET和所述第四TFET連接起來(lái)以形成NOR柵極。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的又一方面,提供了一種形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的方法,所述方法包括:在襯底的表面上形成突出物;摻雜所述突出物的下部以形成漏極區(qū);摻雜所述突出物的上部以形成源極區(qū);形成與所述源極區(qū)連接的源極接觸件、與所述漏極區(qū)連接的漏極接觸件和與柵極連接的柵極接觸件,所述漏極接觸件相比于與所述柵極接觸件的距離更靠近所述源極接觸件。
[0020]在所述的方法中,形成所述源極接觸件還包括:在絕緣層中蝕刻出多個(gè)開(kāi)口,使得所述開(kāi)口中的第一開(kāi)口接觸漏極區(qū),所述開(kāi)口中的第二開(kāi)口接觸源極區(qū)以及所述開(kāi)口中的第三開(kāi)口接觸晶體管柵極;以及用導(dǎo)電材料填充所述開(kāi)口中的所述第一開(kāi)口、所述第二開(kāi)口和所述第三開(kāi)口。
[0021]在所述的方法中,形成所述源極接觸件、所述漏極接觸件和所述柵極接觸件包括以共線布置的方式形成所述源極接觸件、所述漏極接觸件和所述柵極接觸件。
[0022]在所述的方法中,形成所述源極接觸件、所述漏極接觸件和所述柵極接觸件包括以直角布置的方式形成所述源極接觸件、所述漏極接觸件和所述柵極接觸件。
[0023]在所述的方法中,摻雜所述突出物的下部以形成漏極區(qū)包括:用摻雜物摻雜所述襯底的區(qū)域,所述襯底的區(qū)域鄰近所述突出物;以及擴(kuò)散摻雜物從而使得一些摻雜物在所述突出物的下方橫向移動(dòng)并垂直移動(dòng)到所述突出物中。
[0024]在所述的方法中,摻雜所述突出物的下部以形成漏極區(qū)包括:用摻雜物摻雜所述襯底的區(qū)域,所述襯底的區(qū)域鄰近所述突出物;以及擴(kuò)散摻雜物從而使得一些摻雜物在所述突出物的下方橫向移動(dòng)并垂直移動(dòng)到所述突出物中,所述的方法還包括:形成晶體管柵極從而使得所述柵極的一部分與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)的一部分重疊。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí),根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是,根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐,各種部件沒(méi)有按比例繪制。實(shí)際上,為了清楚討論起見(jiàn),各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。
[0026]圖1A和圖1B分別示出MOS晶體管的示意性俯視圖和截面圖。
[0027]圖2A和圖2B示出根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的N型半導(dǎo)體器件的示意性俯視圖和該N型半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0028]圖3A和圖3B示出根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的P型半導(dǎo)體器件的示意性俯視圖和該P(yáng)型半導(dǎo)體器件的截面圖。
[0029]圖4A至圖4C描述了根據(jù)多種實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的一些基本配置。
[0030]圖5A至圖5C描述了包括反相器、NAND柵極和NOR柵極的半導(dǎo)體器件實(shí)施例的不意性俯視圖。
[0031]圖6是根據(jù)實(shí)施例制造隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法的流程圖。
[0032]在閱讀以下詳細(xì)描述的基礎(chǔ)上,在上面簡(jiǎn)述的附圖中公開(kāi)的各種部件對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的。各個(gè)附圖中所描述的部件是兩個(gè)或多個(gè)附圖之間共有的,為清楚地描述使用相同的標(biāo)記編號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0033]應(yīng)當(dāng)了解為了實(shí)施本發(fā)明的不同部件,以下公開(kāi)內(nèi)容提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。在下面描述元件和布置的特定?shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例并不打算限定。再者,在下面的描述中第一部件在第二部件上方或者在第二部件上的形成可以包括其中第一和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例,并且也可以包括其中可以形成介入第一和第二部件中的額外的部件,使得第一和第二部件可以不直接接觸的實(shí)施例。為了簡(jiǎn)明和清楚,可以任意地以不同的比例繪制附圖中的各種部件。
[0034]圖1A和圖1B描述了金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET) 100。MOSFET100包括襯底102,在該實(shí)例中襯底102是硅襯底。注入帶相反電荷的摻雜物以形成漏極區(qū)104和源極區(qū)106。晶體管柵極108位于柵極氧化物110上方。MOSFET 100還包括絕緣層112,在該實(shí)例中絕緣層112是由氧化硅形成的金屬間介電層。圖1A和圖1B均描述了三個(gè)接觸件:源極接觸件120、柵極接觸件122以及漏極接觸件124。接觸件120、122和124都是通過(guò)穿過(guò)絕緣層112蝕刻孔然后用諸如鎢的導(dǎo)體填充該孔形成的。接觸件120、122和124通過(guò)遠(yuǎn)程電信號(hào)和電壓提供接入漏極區(qū)104、源極區(qū)106和晶體管柵極108的通路。圖1B是主要沿著圖1A中的基準(zhǔn)線A獲得的截面圖。然而,如在圖1A中很容易觀察到的,柵極接觸件122并非是沿著基準(zhǔn)線A設(shè)置或布置的。然而,為了清楚和比較的目的,圖1B中包括柵極接觸件122。
[0035]圖2A和圖2B描述N型隧道FET(TFET)的示例性實(shí)施例。圖2A示出垂直布置的TFET 200的示意性俯視圖,而圖2B是沿著圖2A的基準(zhǔn)線B獲得的截面圖。圖2B包括襯底202。在該實(shí)例中,襯底202是硅襯底。然而,在其他實(shí)施例中,襯底202可以是諸如金剛石或鍺的其他合適的元素半導(dǎo)體材料;諸如碳化硅、砷化銦或磷化銦的合適的化合物半導(dǎo)體;或諸如碳化硅鍺、磷化砷鎵或磷化銦鎵的合適的合金半導(dǎo)體。TFET 200還包括漏極區(qū)204、源極區(qū)206和晶體管柵極208。在所述實(shí)施例中,源極區(qū)206形成在截頭錐形突出物(frustoconical protrusion)的頂部,該截頭錐形突出物伸出襯底202的平面并且由與襯底202相同的材料組成。可以通過(guò)采用襯底202表面上的硬掩模層對(duì)襯底202進(jìn)行蝕刻工藝來(lái)形成截頭錐形突出物。通過(guò)具有接近源極區(qū)106的頂部尺寸的掩模層,可以形成側(cè)壁與襯底平面形成介于接近90度至約45度范圍內(nèi)的角度的截頭錐形突出物。在這個(gè)實(shí)施例中,形成突出物的掩模層的形狀是圓形。然而,在其他實(shí)施例中可以使用其他掩模層形狀。
[0036]可以注入諸如磷或砷的N型摻雜物以形成漏極區(qū)204。在所述實(shí)施例中,擴(kuò)散工藝使得磷摻雜物向上進(jìn)入截頭錐形突出物中。如圖所述,擴(kuò)散工藝使得摻雜物向上進(jìn)入到晶體管柵極208下邊緣的上方??梢詫型摻雜物注入到截頭錐形突出物的頂部中以形成截頭錐形源極區(qū)206。在該實(shí)例中,注入硼以形成源極區(qū)206,然而,其他實(shí)施例可以使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他P型摻雜物。
[0037]晶體管柵極208可以是導(dǎo)電的多層?xùn)艠O。如圖所述,晶體管柵極208是摻雜的多晶硅單層。在其他實(shí)施例中,晶體管柵極208可以是諸如銅的金屬層;或金屬層和多晶硅層的組合。在該實(shí)例中,晶體管柵極208包括平行于襯底202表面的平坦部分以及圍繞截頭錐形突出物的柵極表面(gating surface)。晶體管柵極208的平面外柵極表面與漏極在底部的截頭錐形突出物和頂部的源極區(qū)內(nèi)的一部分重疊,其中在底部的截頭錐形突出物和頂部的源極區(qū)中間具有固有襯底材料溝道。在沉積形成晶體管柵極208的材料之前沉積介電層210,以使介電層210位于截頭錐形突出物和晶體管柵極208之間。在所述的實(shí)施例中,介電層210包括氧化物界面層和由HfO形成的高介電常數(shù)(高k)材料層。在其他實(shí)施例中,界面層可以是另一絕緣材料層。在額外的實(shí)施例中,介電層210可以由許多不同的材料形成,包括 NiO, TiO, HfO, ZrO, Zn。、WO3> Al2O3' TaO, MoO 和 CuO 以及諸如 TiO2' Ta2O5' Y2O3'La2O5和HfO2的高k材料。
[0038]此外,將淺溝槽隔離部件(STI) 214描述為位于晶體管柵極208的平坦部分的下方??梢酝ㄟ^(guò)在襯底202中蝕刻出溝槽然后用電絕緣材料填充該溝槽來(lái)形成STI 214。所述的實(shí)施例是直接位于晶體管柵極208平坦部分的下方的氧化物STI 214。一些實(shí)施例可以不包括STI 214,或者可以不包括位于晶體管柵極208平坦部分下方的STI 214。將STI214設(shè)置在晶體管柵極208平坦部分的下方可以減少TFET 200在襯底上的有效印跡。
[0039]氧化物層212覆蓋襯底202的表面并且電絕緣截頭錐形突出物和晶體管柵極208。氧化物層212的一部分位于STI 214和晶體管柵極208之間。為了形成供操作和使用的電接觸,TFET 200包括漏極接觸件220、柵極接觸件222和源極接觸件224??梢酝ㄟ^(guò)首先穿過(guò)氧化物層212蝕刻出孔,然后用導(dǎo)電材料填充該孔來(lái)形成這三個(gè)接觸件。在所述的實(shí)施例中,漏極接觸件220、柵極接觸件222和源極接觸件224是鎢接觸件。
[0040]如圖2B所示,不同于圖1A中所述的傳統(tǒng)M0SFET,以共線布置方式布置漏極接觸件220、柵極接觸件222和源極接觸件224。因此,與圖1A和圖1B不同,圖2B表示沿著基準(zhǔn)線B的圖2A的相當(dāng)準(zhǔn)確的截面。因此,圖2B中所述的實(shí)施例具有沿著基準(zhǔn)線B布置的漏極接觸件220、柵極接觸件222和源極接觸件224。
[0041]圖3B是TFET 300的P型實(shí)施例。TFET 300的許多方面與TFET 200是共有的,并且上述許多公開(kāi)內(nèi)容在此也適用。因此,TFET 300包括襯底202、漏極區(qū)304、源極區(qū)306和晶體管柵極208。雖然晶體管柵極208和襯底202基本上如上文所述,但漏極區(qū)304是P型漏極區(qū)。在所述的實(shí)例中,漏極區(qū)304摻雜有硼,而其他實(shí)施例可以包括不同的P型摻雜物。類似地,N型源極區(qū)306包含磷,但在其他實(shí)施例中可以包括砷或其他N型摻雜物。
[0042]TFET 300還包括位于晶體管柵極208和截頭錐形突出物之間的介電層210以及位于晶體管柵極208平坦部分下方的STI 214。漏極接觸件220、柵極接觸件222和源極接觸件224使得電信號(hào)和電壓通過(guò)氧化物層218接入TFET 300的各種部件。
[0043]圖4A至圖4C示出根據(jù)各種實(shí)施例的TFET的幾個(gè)示意性俯視圖,其中突出顯示了各種實(shí)施例中所包含的布局的多種靈活性。參考圖4A,TFET402與圖2A中所述的TFET 200基本上相似。因此,TFET 402描述了沿著基準(zhǔn)線D以基本上直線布置的方式布置的漏極接觸件220、源極接觸件222和柵極接觸件224,其中漏極接觸件220和柵極接觸件224位于晶體管柵極208的柵極表面和源極接觸件222的相對(duì)側(cè)上。
[0044]參考圖4B,TFET 404是如同TFET 402的N型TFET的可選實(shí)施例。然而,以不同于TFET 402的方式布置或布局TFET 404的接觸件。雖然沿著基準(zhǔn)線El以共線方式布置源極接觸件222和柵極接觸件224,但漏極接觸件220并不位于基準(zhǔn)線El上。而是沿著基準(zhǔn)線E2垂直于源極接觸件222布置漏極接觸件220。因此,可以想象在漏極接觸件220、源極接觸件222和柵極接觸件224之間形成90度角。
[0045]參考圖4C,TFET 406是如同TFET 402的N型TFET的另一可選實(shí)施例。類似于TFET 404,不是所有的接觸件220、222、224都以共線方式布置。如圖所述,沿著基準(zhǔn)線Fl以線性方式布置源極接觸件222和柵極接觸件224,而沿著基準(zhǔn)線F2垂直布置漏極接觸件220。
[0046]與通過(guò)TFET 402、404和406所描述的實(shí)施例類似但不同的實(shí)施例也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。例如,TFET 402、404和406可以是P型實(shí)施例而不是N型實(shí)施例。此外,可以想象通過(guò)漏極接觸件220、在頂點(diǎn)的源極接觸件222和柵極接觸件224的布置形成的角度可以是任意角。由于TFET自身能夠根據(jù)所需成角度,這可以使電路設(shè)計(jì)者增加布局電路設(shè)計(jì)時(shí)的靈活性。此外,可以將諸如TFET 402、404和406的實(shí)施例以及其他實(shí)施例旋轉(zhuǎn)到所需的方向。
[0047]還可以根據(jù)通常為矩形的漏極區(qū)204的方向或者通常為矩形的晶體管柵極208的方向來(lái)描述TFET 402、404和406的實(shí)施例。通過(guò)較長(zhǎng)的邊來(lái)確定每一個(gè)通常為矩形的部件的方向。在這些方面中,TFET 402是漏極區(qū)204和晶體管柵極208的方向是共線的并且晶體管柵極208與漏極區(qū)204大部分重疊的TFET。在這些方面,TFET 404和406是漏極區(qū)204和晶體管柵極208的方向互成直角的TFET。因此,在漏極區(qū)204和晶體管柵極208的方向相對(duì)彼此成任意角并且具有同軸的平面外部件(漏極區(qū)204的上升部分和柵極208的柵極表面)的任何實(shí)施例都可以在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
[0048]圖5A至圖5C描述包括類似于TFET 200和300的許多TFET的三個(gè)實(shí)施例的示意性俯視圖。例如,圖5A描述為反相器500的半導(dǎo)體器件實(shí)施例。所述實(shí)施例的反相器500包括兩個(gè)漏極區(qū)=N型漏極區(qū)502A和P型漏極區(qū)502B。反相器500還包括兩個(gè)源極區(qū):P型源極區(qū)504A和N型源極區(qū)504B。通過(guò)單個(gè)晶體管柵極506將這些源極區(qū)和漏極區(qū)連接起來(lái),晶體管柵極506具有用于接觸的一個(gè)平坦平面和兩個(gè)柵極表面,如上文所述每個(gè)柵極表面都圍繞截頭錐形突出物并且與底部的漏極區(qū)和頂部的源極區(qū)部分重疊。應(yīng)該理解,在晶體管柵極506與源極和漏極區(qū)之間是如上所述的介電層。
[0049]將多條引線描述為與源極接觸件、漏極接觸件和晶體管柵極接觸件連接??梢詫⒁€508A和508B連接到電源電壓或接地。在所述的實(shí)施例中,將引線508B連接到VDD。反相器500在引線508C上產(chǎn)生輸出信號(hào),其與在引線508D上接收輸入信號(hào)相反。此外,反相器500包括兩個(gè)阱:圍繞P型漏極區(qū)502B的N型阱,以及圍繞N型漏極區(qū)502A的P型阱。雖然在該實(shí)例中沒(méi)有描述,但是反相器500還可以包括位于共享的晶體管柵極506平坦部分下方的STI部件,這有助于使漏極區(qū)502A和502B彼此電隔離。
[0050]圖5B描述半導(dǎo)體器件NAND柵極510。NAND柵極510包括四個(gè)TFET:兩個(gè)P型TFET和兩個(gè)N型TFET。NAND柵極510具有三個(gè)漏極區(qū):P型漏極區(qū)512A是用于兩個(gè)P型TFET的共享漏極區(qū);以及兩個(gè)非共享的N型漏極區(qū)512B和512C。P型漏極區(qū)512A位于N型阱中,而N型漏極區(qū)512B和512C位于P型阱中。第一共享晶體管柵極516A與P型漏極區(qū)512A和N型漏極區(qū)512B以及與N型源極區(qū)514A和P型源極區(qū)514B連接。類似地,第二共享晶體管柵極516B與P型漏極區(qū)512A和N型漏極區(qū)512C以及與N型源極區(qū)514D和P型源極區(qū)514C連接。雖然沒(méi)有描述,但STI部件可以位于第一和第二共享晶體管柵極中的一個(gè)或兩個(gè)的下方。
[0051]如圖所述,NAND柵極510也包括許多引線。在操作中,將引線518A和518B連接到電源電壓VDD,而將引線518C接地。引線518D和518E為NAND柵極510接收輸入信號(hào),NAND柵極510將信號(hào)輸出到引線518F。引線518F還將源極514C與漏極512B連接起來(lái),并且引線518G將漏極512A與源極514B連接起來(lái)。應(yīng)該注意,必須格外謹(jǐn)慎防止任何引線短路連接到另一引線。這可以通過(guò)在單層或一個(gè)多層上布置引線來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,四個(gè)TFET可以連接到一起以形成NAND柵極。
[0052]圖5C描述半導(dǎo)體器件NOR柵極520。如同NAND柵極510,NOR柵極520包括三個(gè)漏極區(qū):N型漏極區(qū)522A和兩個(gè)P型漏極區(qū)522B和522C。N型漏極區(qū)522A位于P型阱中,而P型漏極區(qū)522B和522C位于N型阱中。NOR柵極520還包括四個(gè)源極區(qū),其是形成NOR柵極520的四個(gè)TFET的一部分。源極區(qū)524A和524D都是P型源極區(qū),而源極區(qū)524B和524C都是N型源極區(qū)。第一共享晶體管柵極526A與位于一側(cè)的漏極522A和源極524A以及與位于另一側(cè)的漏極522B和源極524B連接。第二共享晶體管柵極526B與位于一側(cè)的源極區(qū)524C和漏極區(qū)522C以及與位于另一側(cè)的源極區(qū)524D和漏極區(qū)522A連接。雖然沒(méi)有描述,STI部件可以位于第一和第二共享晶體管柵極中的一個(gè)或兩個(gè)的下方。
[0053]在NOR柵極520中也描述了許多引線。在操作中,將引線528A和528B接地,而將弓丨線528C連接到電源電壓VDD。引線528D和528E為NOR柵極520接收輸入信號(hào),NOR柵極520將信號(hào)輸出到引線528F。引線528F還將源極524C與漏極522B連接起來(lái)。此外,引線528G將漏極522A與源極524B連接起來(lái)。應(yīng)該注意,必須格外謹(jǐn)慎以防止任何引線短路連接到另一引線。這可以通過(guò)在單層或一個(gè)多層上布置引線來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此,四個(gè)TFET可以連接到一起以形成NOR柵極。
[0054]在NAND柵極510和NOR柵極520中,將用于晶體管柵極516A和526A的晶體管柵極接觸件描述為與另一源極和漏極接觸件形成大于90度的角。在其他實(shí)施例中,晶體管柵極接觸件可以位于晶體管柵極尺寸內(nèi)的中心,從而形成90度角。在這些實(shí)施例中,可以重新布線一些引線,諸如518G和528G,或者可以使用額外的金屬層來(lái)提供接入漏極、源極和柵極的通路。
[0055]圖6是形成漏極接觸件相比于與柵極接觸件的距離更靠近源極接觸件的FET的方法600的流程圖。方法600開(kāi)始于步驟602,在襯底表面上形成突出物。例如,可以在襯底的表面上沉積SiN硬掩模層,并蝕刻SiN硬掩模層以形成直徑為約IOOnm的圓。蝕刻下面的娃襯底形成高度可以介于50nm至IOOnm范圍內(nèi)的截頭錐形突出物。方法600繼續(xù)到步驟604,將摻雜物注入到突出物的下部中。在該實(shí)例中,這可以通過(guò)鄰近截頭錐形突出物注入摻雜物中并使用快速熱退火(RTA)工藝以擴(kuò)散和激活摻雜物來(lái)實(shí)現(xiàn)。RTA可以橫向擴(kuò)散摻雜物從而使它們?cè)谕怀鑫锏南路窖由?,并且還可以垂直擴(kuò)散摻雜物從而使形成漏極區(qū)的摻雜物向上移動(dòng)到突出物中。因此,漏極區(qū)可以從襯底的表面延伸到突出物的下部中。在實(shí)例中,注入的摻雜物是磷摻雜物,而在其他實(shí)施例中,摻雜物可以是諸如硼的P型摻雜物或諸如砷的其他N型摻雜物。
[0056]在步驟606中,將摻雜物注入到突出物的上部中以形成源極區(qū)。在實(shí)例中,將硼注入到突出物的頂部中以形成P型源極區(qū)。用激光瞬間熱處理工藝激活摻雜物以形成突起的源極/溝道界面。在漏極區(qū)是P型漏極區(qū)的實(shí)施例中,源極區(qū)可以摻雜有N型摻雜物。在步驟608中,形成源極接觸件、漏極接觸件和柵極接觸件。源極接觸件允許與源極區(qū)形成電連接;漏極接觸件允許與漏極區(qū)形成電連接;柵極接觸件允許與晶體管柵極形成電連接。形成接觸件從而使漏極接觸件相比于柵極接觸件的距離更靠近源極接觸件。方法600的一些實(shí)施例得到垂直配置的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
[0057]在實(shí)例中,將具有至少三個(gè)開(kāi)口的掩模施加到覆蓋源極和漏極區(qū)以及柵極的氧化物層。在蝕刻晶圓之后,用導(dǎo)電鎢填充這三個(gè)孔以形成源極接觸件、漏極接觸件和柵極接觸件。形成接觸件從而使源極區(qū)、漏極區(qū)和柵極的布置匹配。實(shí)例中的接觸件,如圖2A中的接觸件,以共線布置的方式形成,從而使得這三個(gè)接觸件成直線,并且漏極接觸件位于源極接觸件的一側(cè),而柵極接觸件與漏極接觸件相對(duì)。在其他實(shí)施例中,在下面的FET結(jié)構(gòu)中,可以不以共線布置方式而是以另一種布置方式形成這些接觸件。這可以是如上文結(jié)合圖4所述的情況,晶體管柵極的漏極區(qū)和平坦表面的方向相對(duì)于彼此成90度角。因此一個(gè)可選的實(shí)施例包括這三個(gè)接觸件形成直角,其中源極接觸件位于角的頂點(diǎn)。漏極接觸件相比于與柵極接觸件的距離更靠近源極接觸件的其他實(shí)施例在本發(fā)明的范圍內(nèi)。[0058]上面論述了若干實(shí)施例的部件,使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解,可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到,這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍,并且在不背離本發(fā)明的構(gòu)思和范圍的情況下,可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件單元,包括: 晶體管柵極,具有柵極表面和接觸表面; 源極區(qū),通過(guò)源極接觸件接觸;以及 漏極區(qū),通過(guò)漏極接觸件接觸,其中所述漏極接觸件相對(duì)于所述晶體管的柵極表面不在所述源極接觸件的對(duì)面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,與所述晶體管柵極連接的漏極接觸件和柵極接觸件相對(duì)于所述源極接觸件彼此相對(duì)布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述漏極接觸件、所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置,而所述柵極接觸件以相對(duì)于所述源極接觸件和所述漏極接觸件成直角的方式布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,當(dāng)從上方觀察時(shí),所述源極接觸件和所述柵極接觸件以共線的方式布置,而所述漏極接觸件以相對(duì)于所述源極接觸件和所述漏極接觸件成直角的方式布置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,還包括:位于所述晶體管柵極的接觸表面下方的淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,所述源極區(qū)位于所述漏極區(qū)上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件單元,其中,所述源極區(qū)、所述漏極區(qū)和所述晶體管柵極形成隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管,其中所述晶體管柵極的柵極表面與所述源極區(qū)的一部分和所述漏極區(qū)的一部分重疊。
9.一種半導(dǎo)體器件,包括: 第一隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(TFET),所述第一 TFET包括:具有接觸表面和柵極表面的第一晶體管柵極,所述柵極表面圍繞 第一截頭錐形源極區(qū)的一部分,所述接觸表面通過(guò)第一柵極接觸件接觸; 通過(guò)第一漏極接觸件連接的第一漏極區(qū);以及 與所述第一截頭錐形源極區(qū)連接的第一源極接觸件,其中所述第一柵極接觸件相比于與所述第一漏極接觸件的距離更靠近所述第一源極接觸件。
10.一種形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的方法,所述方法包括: 在襯底的表面上形成突出物; 摻雜所述突出物的下部以形成漏極區(qū); 摻雜所述突出物的上部以形成源極區(qū); 形成與所述源極區(qū)連接的源極接觸件、與所述漏極區(qū)連接的漏極接觸件和與柵極連接的柵極接觸件,所述漏極接觸件相比于與所述柵極接觸件的距離更靠近所述源極接觸件。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK103633141SQ201210546494
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年12月14日 優(yōu)先權(quán)日:2012年8月24日
【發(fā)明者】莊學(xué)理, 朱鳴 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
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