本發(fā)明涉及一種具有垂直隧道路徑的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管以及一種用于制造這樣的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）的方法。

背景技術(shù)：

為了開(kāi)發(fā)越來(lái)越高性能的具有較高功率的移動(dòng)設(shè)備以及計(jì)算機(jī)，能效較高的晶體管是不可或缺的。晶體管大小的不斷縮小和每芯片高于10⁹個(gè)晶體管的封裝密度增加造成了過(guò)高的能耗，并且與之相關(guān)聯(lián)地造成有問(wèn)題的發(fā)熱。盡管常規(guī)場(chǎng)效應(yīng)晶體管（mosfet）一直在改善并且由此能耗也被減小，但是接通特性在原則上限制了能效。這涉及被注射到晶體管溝道中的載流子在室溫下的熱學(xué)上展寬的能量分布。接通特性可以通過(guò)所謂的逆亞閾值斜率（s）描述，逆亞閾值斜率說(shuō)明：為了將輸出電流（ion）提高十倍（dec）必須將柵極電壓提高多少毫伏（mv）。在室溫下，得出最小s為60mv/dec。在如用在高性能處理器中的短溝道晶體管的情況下，短溝道效應(yīng)將s在32nm柵極長(zhǎng)度的情況下擴(kuò)大到大約100mv/dec。所述原理性限制也提高了在給定閾值電壓情況下的關(guān)斷電流（ioff）并且因此提高了損耗。

為了減少晶體管的能耗，應(yīng)當(dāng)減少運(yùn)行電壓（=漏極電壓（vdd））和逆亞閾值斜率（s）。當(dāng)附加地考慮到開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，動(dòng)態(tài)能耗與vdd的平方成比例變化，甚至與vdd的三次冪成比例變化。s的縮小使得能夠縮小閾值電壓而沒(méi)有ioff的顯著升高。

為了滿足這些要求，需要一種新型開(kāi)關(guān)元件、所謂的“陡坡器件”。屬于最有前景的方案的是所謂的帶到帶隧道晶體管（band-to-bandtunneling(btbt)transistors）、在此稱為隧道fet（tfet）、以及具有前置能量過(guò)濾器的mosfet。后者由于巨大的技術(shù)問(wèn)題而還未被實(shí)現(xiàn)。迄今為止制造的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管通常還未滿足預(yù)期，因?yàn)檩敵鲭娏鬟^(guò)小并且s僅僅在小得不可用的柵極電壓范圍內(nèi)<60mv/dec。

圖1示意性地示出了常規(guī)mosfet和隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的開(kāi)關(guān)特性。示出了漏極側(cè)的電流（id）相對(duì)于柵極電壓的轉(zhuǎn)移特征曲線。虛線示出了具有60mv/dec的mosfet的最小逆亞閾值斜率s。vt表示閾值電壓。根據(jù)模擬計(jì)算，隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以實(shí)現(xiàn)s<60mv/dec。此外，隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以在顯著更小的柵極電壓下就已經(jīng)完全接通。由此可以與mosfet相比減小閾值電壓vt（由于較小的s）而不提高ioff，并且因此實(shí)現(xiàn)較高的能效。

圖2示出了平面隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的原理性構(gòu)造，其由具有柵極裝置203、204的源極-溝道-漏極結(jié)構(gòu)、例如p-i-n結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其中柵極裝置有利地包括具有大介電常數(shù)（k）的柵極電介質(zhì)203、比如hfo2。柵極接觸部（柵電極）204借助于金屬層（例如tin）來(lái)實(shí)現(xiàn)。源極206和漏極205在對(duì)稱構(gòu)建的晶體管的情況下可以交換。隧道結(jié)202可以任選地實(shí)現(xiàn)在源極或漏極側(cè)。201表示本征硅。

為了簡(jiǎn)化，針對(duì)所述現(xiàn)有技術(shù)選擇源極到溝道過(guò)渡的隧道結(jié)。晶體管在截止方向上被連接到極，也就是說(shuō)，針對(duì)p型tfet，n⁺型摻雜的源極被置于v=0，以及在p+型摻雜的漏極和柵極上施加負(fù)電壓。針對(duì)n型tfet，類似地交換源極和柵極、以及漏極電壓或柵極電壓的極性。由此在溝道和漏極區(qū)域中通常提高了導(dǎo)帶和價(jià)帶。在足夠大電壓的情況下，產(chǎn)生電子帶走向，其中少數(shù)載流子（在此為空穴）從源極的導(dǎo)帶遂穿到溝道材料的價(jià)帶中。根據(jù)wkb近似的隧道概率twkb由下式給定：

（方程1）

在此，λ表示自然長(zhǎng)度（英語(yǔ)：naturallength），m^*表示載流子的有效質(zhì)量，eg表示帶隙，δφ表示溝道中的價(jià)帶下邊緣與源極中的導(dǎo)帶上邊緣之間的電勢(shì)差，q表示電子電荷和?表示普朗克常數(shù)除以2π。自然長(zhǎng)度λ是λg與λch之和。第一加數(shù)λg是通過(guò)柵極對(duì)晶體管的靜電控制的度量，第二加數(shù)λch描述隧道結(jié)的銳度。

隧道電流的場(chǎng)依賴性由kane模型來(lái)給定。相應(yīng)地，帶到帶遂穿隨著隧道結(jié)處的電場(chǎng)呈指數(shù)型增長(zhǎng)。利用模擬計(jì)算來(lái)計(jì)算：雜散電場(chǎng)（英語(yǔ)：fringingfield）從具有高介電常數(shù)的柵極電介質(zhì)出發(fā)導(dǎo)致更好的特性。

l.knoll,q.t.zhao,larsknoll,a.nichau,s.trellenkamp,s.richter,a.sch?fer,d.esseni,l.selmi,k.k.bourdelle,s.mantl,"inverterswithstrainedsinanowirecomplementarytunnelfield-effecttransistors",ieeeelectrondevicelettersvol.34,no.6,第813-815頁(yè),2013。迄今為止實(shí)現(xiàn)的納米線帶到帶隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管顯示出僅僅在非常小漏極電流情況下的小于60mv/dec的逆亞閾值斜率s，其主要?dú)w因于隧道結(jié)由于使用具有隨后的摻雜物分離的硅化源極區(qū)域而經(jīng)改善的陡度。

還已經(jīng)提出或制造了具有擁有較小帶隙的半導(dǎo)體的tfet。從k.bhuwalka等人（p-channeltunnelfieldeffecttransistorsdowntosub-50nmchannellength"jap.j.ofappl.physics45(2006)第3106-3109頁(yè)）公知了針對(duì)具有硅鍺（si-ge）的平面tfet的模擬，由此可以證明較小帶隙的優(yōu)點(diǎn)。m.m.schmidt、r.a.minamisawa、srichter、r.luptak、j.-m.hartmann、d.buca,q.t.zhao和s.mantl“impactofstrainandgeconcentrationontheperformanceofplanarsigeband-to-band-tunnelingtransistors”,proc.ofulis2011conference的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了該優(yōu)點(diǎn)，但是其中s>60mv/dec。在該方案中，研究了由si-ge合金構(gòu)成的源極、溝道和漏極，其中g(shù)e含量為30-65at%（原子百分比）。

垂直的ln0.53ga0.47as0.47帶到帶隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管迄今為止也不利地未提供預(yù)期結(jié)果。

c.hu“greentransistorasasolutiontotheicpowercrisis”（proc.oficsictconference,peking,2008(978-1-4244-22186-2/08@2008ieee）的深入的方案使用了復(fù)雜的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，其中n⁺型摻雜的應(yīng)變硅薄層被引入在柵極之下、源極側(cè)上直到p+型摻雜ge上的晶體管的大致柵極中心。由此產(chǎn)生了由p+型摻雜ge/n⁺型摻雜應(yīng)變硅構(gòu)成的隧道結(jié)。該方案包括隧道區(qū)域中具有較小帶隙的材料的集成的上面提到的優(yōu)點(diǎn)，并且此外隧道結(jié)的面積通過(guò)柵極之下的集成而被擴(kuò)大。該方案的一個(gè)大缺點(diǎn)是難以實(shí)施，這迄今為止已經(jīng)妨礙了實(shí)現(xiàn)。

bhuwalka等人（proc.essderc2004,0-7803-8478-4/04@2004ieee）的為了改善隧道電流而將具有清晰交界面的超薄sige德?tīng)査右胨淼澜Y(jié)的提議也僅僅導(dǎo)致小的改善。

從us8,258,031b2中公知了tfet的制造，其中隧道結(jié)平行于柵極的電場(chǎng)延伸。具有相反摻雜的阱（tasche）的垂直隧道結(jié)擴(kuò)大了隧道橫截面并因此擴(kuò)大了隧道電流。在此，該制造方法開(kāi)始于絕緣體上硅（soi）層。高度摻雜的隧道結(jié)通過(guò)選擇性生長(zhǎng)得到，這不利地可能生成具有高缺陷密度的隧道交界面。這又導(dǎo)致經(jīng)由所述缺陷的隧穿過(guò)程，并且因此導(dǎo)致大的逆亞閾值斜率（s）。

在kanghoonjeon、wei-yiploh、pratikpatel、changyongkang、jungwoooh、anupamabowonder、chanropark、c.s.park、caseysmith、prashantmajhi、hsing-huangtseng、rajjammy、tsu-jaekingliu和chenminghu的公開(kāi)物“situnneltransistorswithanovelsilicidedsourceand46mv/decswing”（2010symposiumonvlsitechnologydigestoftechnicalpapers,page121-122）中報(bào)告了具有同質(zhì)結(jié)的tfet，其具有用nisi硅化的源極區(qū)域。但是當(dāng)硅層的厚度或?qū)挾茸兓瘯r(shí)，硅化區(qū)域的邊緣的特殊形狀是不可再現(xiàn)的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet），其中隧道勢(shì)壘的寬度以及隧道區(qū)域的大小通過(guò)隧道電流相對(duì)于柵電極的電場(chǎng)的定向來(lái)有效地調(diào)整。

本發(fā)明的另一任務(wù)是，為前述隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管提供技術(shù)上要求沒(méi)那么高的制造方法。

根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過(guò)根據(jù)主權(quán)利要求所述的用于隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制造方法、以及通過(guò)根據(jù)并列權(quán)利要求的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）來(lái)解決。晶體管和制造方法的有利擴(kuò)展方案從分別引用它們的從屬權(quán)利要求中得出。

發(fā)明主題

在本發(fā)明的范圍內(nèi)，開(kāi)發(fā)了一種新型隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet），其既可以以平面實(shí)施方式、又可以利用納米線來(lái)實(shí)現(xiàn)。該隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管由源區(qū)域（源極）、目標(biāo)區(qū)域（漏極）和溝道構(gòu)成，使得得出p-i-n結(jié)構(gòu)。在此，摻雜區(qū)域通常為了確定源極和漏極而通過(guò)被未摻雜的溝道在空間上彼此分開(kāi)地存在。與溝道接界的是電介質(zhì)，該電介質(zhì)將用于控制晶體管的控制電極（柵極）相對(duì)于溝道間隔開(kāi)。下面連貫地使用英語(yǔ)術(shù)語(yǔ)源極、漏極和柵極。

根據(jù)本發(fā)明的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）與迄今為止的現(xiàn)有技術(shù)相比尤其是具有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。首先，提供了縮短的隧道勢(shì)壘，并且由此提供了縮短的隧道結(jié)。根據(jù)本發(fā)明，這可以通過(guò)如下方式來(lái)實(shí)現(xiàn)：在源極區(qū)域中，一方面設(shè)置硅化并且此外設(shè)置摻雜物分離，它們導(dǎo)致更陡峭的隧道邊沿。

另一方面，通過(guò)選擇性和自調(diào)校的硅化，隧道面積自身擴(kuò)大，其中在根據(jù)本發(fā)明的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）中設(shè)置與柵極的電場(chǎng)線平行延伸的隧道結(jié)。這在文獻(xiàn)中以不同于所謂“點(diǎn)遂穿”的術(shù)語(yǔ)“線隧穿”公知。根據(jù)本發(fā)明的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）因此將與柵極的電場(chǎng)線平行的隧道結(jié)與柵極之下的經(jīng)擴(kuò)大的隧道區(qū)域相連接，所述隧道區(qū)域具有擁有較窄帶隙的材料，如這在圖3中示意性所示。

在此，該隧道結(jié)在具有小帶隙的材料中、例如薄sige層中來(lái)實(shí)現(xiàn)，所述薄sige層假晶地在硅層上生長(zhǎng)并且由于雙軸壓縮應(yīng)變提供縮小的帶隙。盡管本發(fā)明下面根據(jù)sige層來(lái)予以進(jìn)一步闡述，但是技術(shù)人員知道，針對(duì)外延層，除了sige以外還可以考慮其它典型的材料、比如si-ge-sn、ge-sn或僅僅ge。

在此，具有小帶隙的外延層的材料的厚度不應(yīng)當(dāng)超過(guò)10nm，以便借助于控制電極的電場(chǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)隧穿過(guò)程所需的載流子耗盡。硅層例如可以是絕緣體上硅層（soi，英語(yǔ)silicon-on-insulator），但是本發(fā)明不限于該襯底，而是也可以移植到標(biāo)準(zhǔn)硅襯底上。

在此，根據(jù)本發(fā)明從源極區(qū)域出發(fā)執(zhí)行摻雜，該摻雜對(duì)柵極的電介質(zhì)進(jìn)行底切（阱區(qū)域）并且因此實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大的隧道區(qū)域。在此，摻雜不限于離子注入方案，而是也可以通過(guò)在生長(zhǎng)示例性的sige層時(shí)的原位摻雜來(lái)實(shí)施。根據(jù)本發(fā)明，直到電介質(zhì)之下的摻雜足以實(shí)現(xiàn)與柵極的電場(chǎng)線平行的隧道結(jié)。

如果摻雜例如通過(guò)離子注入來(lái)進(jìn)行，則可以通過(guò)在低溫下（<900℃）在保護(hù)氣氛中回火來(lái)實(shí)施摻雜物的活化，以便通過(guò)假晶生長(zhǎng)獲得示例性的sige層的雙軸壓縮應(yīng)變。

在源極側(cè)，外延層、例如sige層的摻雜區(qū)域直到柵極的邊緣被除去，使得僅僅剩下柵極之下的相應(yīng)的經(jīng)摻雜的阱。

根據(jù)本發(fā)明，緊接著在源極區(qū)域中附加地還實(shí)現(xiàn)與阱區(qū)域接界的相反摻雜區(qū)域，通過(guò)該相反摻雜區(qū)域?qū)崿F(xiàn)p⁺-n⁺型隧道結(jié)，并且因此實(shí)現(xiàn)與控制電極的電場(chǎng)線平行的隧穿。

在本發(fā)明的一個(gè)擴(kuò)展方案中，為此給柵極在側(cè)面處配備絕緣層、所謂的間隔物，該絕緣層在漏極側(cè)到達(dá)直至經(jīng)摻雜的sige層，并且在源極側(cè)到達(dá)直至硅層。接著，在源極側(cè)上的硅層配備金屬層。

在此，在選擇金屬時(shí)應(yīng)當(dāng)注意，該金屬在接下來(lái)的硅化步驟僅僅與硅、而不與示例性的sige層反應(yīng)，并且因此實(shí)現(xiàn)相對(duì)于材料的自調(diào)校的選擇性硅化，在該材料中進(jìn)行實(shí)際的隧穿過(guò)程。針對(duì)sige層的情況，尤其是鈷適于作為自調(diào)校的選擇性硅化的金屬。實(shí)際的硅化步驟重新在低溫下在組合氣體中進(jìn)行，以便通過(guò)假晶生長(zhǎng)獲得示例性sige層的雙軸壓縮應(yīng)變。通常，硅化在側(cè)面進(jìn)行直到柵極之下，以便提供盡可能大的隧道面積。

然后，借助于注入掩模執(zhí)行僅僅到硅化物中的注入。然后是接近著在低溫下的回火步驟，其中所述摻雜物從硅化物中向外擴(kuò)散到示例性的sige層中（分離），以便通過(guò)這種方式生成與控制電極的電場(chǎng)線平行的清晰的p⁺-n⁺型隧道結(jié)。在此，過(guò)程不限于摻雜物從硅化物中的向外擴(kuò)散，而是也可以通過(guò)首先進(jìn)行硅層的摻雜、并然后進(jìn)行硅化來(lái)實(shí)現(xiàn)（參見(jiàn)第2擴(kuò)展方案）。在此，針對(duì)摻雜物分離對(duì)合適溫度和與此對(duì)應(yīng)的時(shí)間的選擇影響摻雜物從硅化物中擴(kuò)散到相鄰阱區(qū)域中多遠(yuǎn)，并且必要時(shí)可以由技術(shù)人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)預(yù)先確定。

在圖4中示意性地示出了隧道結(jié)的能帶圖。隧道勢(shì)壘的寬度用lt來(lái)說(shuō)明。明顯可辨認(rèn)的是隧道勢(shì)壘的較小寬度，該隧道勢(shì)壘的較小寬度在存在相反摻雜的阱區(qū)域（實(shí)線）的情況下與從現(xiàn)有技術(shù)中公知的沒(méi)有相反摻雜的阱區(qū)域（虛線）的裝置相比由于如本發(fā)明所設(shè)置的較窄的耗盡區(qū)而出現(xiàn)。

在此，從硅化物中的自調(diào)校的向外擴(kuò)散生成tfet所需的源極摻雜（圖5中的下部曲線）。處于其之上的阱的相反摻雜擴(kuò)大了隧道結(jié)中的場(chǎng)強(qiáng)，使得隧道電流進(jìn)一步升高（圖5中的虛線和點(diǎn)線）。術(shù)語(yǔ)“選擇性自調(diào)校硅化”在該上下文中意味著，專門的硅化物不損害示例性的sige層（選擇性），因?yàn)樵摻饘俨慌csige層反應(yīng)，并且通過(guò)摻雜和緊接著的向外擴(kuò)散來(lái)自調(diào)校地生成隧道結(jié)的摻雜。

在此，在制造隧道結(jié)時(shí)的自調(diào)校過(guò)程是根據(jù)本發(fā)明的制造方法的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)該過(guò)程使得能夠精確到幾納米地可再現(xiàn)地制造隧道結(jié)、即如圖6中所示p-n區(qū)域之間的分隔線。

如果隧道連接通過(guò)在低溫（<700℃）下的硅化和緊接著的摻雜物分離來(lái)實(shí)現(xiàn)，則該隧道連接與在常規(guī)方法、例如純粹離子注入的情況下相比可以清晰多倍。該更清晰的隧道連接由于根據(jù)方程（1）減少的自然長(zhǎng)度λ或具體而言λch而導(dǎo)致縮短的隧道勢(shì)壘lt。通過(guò)引入相反摻雜的阱，該隧道勢(shì)壘lt還進(jìn)一步縮短。此外，在完成硅化以后的摻雜物分離不僅顯露了有利的更清晰的隧道連接，而且還實(shí)現(xiàn)了隧道連接處的更高的絕對(duì)摻雜物濃度，這使得tfet的線性輸出特性可實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的制造方法的另一優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)從硅化物中的自調(diào)校的向外擴(kuò)散——與在原位摻雜的情況下不同——可以實(shí)現(xiàn)特別少缺陷的隧道結(jié)。

根據(jù)本發(fā)明的隧道結(jié)可以不僅在平面1柵極晶體管中、而且在多柵極納米線（所謂的core-shellnanowirefield-effecttransistors（核殼納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管））中實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)地，根據(jù)實(shí)施方式，不同的制造變型方案是合適的。

附圖說(shuō)明

特別描述部分

下面根據(jù)幾個(gè)實(shí)施例和附圖進(jìn)一步描述本發(fā)明，而不應(yīng)由此對(duì)本發(fā)明進(jìn)行限制。其中：

圖1：根據(jù)轉(zhuǎn)移特征曲線示出了標(biāo)準(zhǔn)mosfet和帶到帶隧道晶體管（tfet）的接通特性的示意圖。

圖2：示出了來(lái)自現(xiàn)有技術(shù)的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。

圖3：示出了根據(jù)本發(fā)明的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的一種實(shí)施方式。

圖4：示出了具有和不存在相反摻雜的阱的tfet裝置的能帶模型的示意圖。

圖5：示出了沒(méi)有和具有本發(fā)明的直接在柵極之下分別擁有p型摻雜阱的兩個(gè)擴(kuò)展方案的平面p型tfet的轉(zhuǎn)移特性（轉(zhuǎn)移特征曲線），其中針對(duì)源極區(qū)域的摻雜研究?jī)煞N不同的摻雜強(qiáng)度。

圖6：示出了根據(jù)本發(fā)明的具有n⁺-i-p⁺型結(jié)構(gòu)的隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示意性結(jié)構(gòu)。

圖7-12：示出了制造根據(jù)本發(fā)明的tfet的平面實(shí)施方式的示意圖。

圖15-21：示出了制造根據(jù)本發(fā)明的具有納米線的tfet的另一實(shí)施方式的示意圖。

在附圖中，各附圖標(biāo)記在此分別表示：

101：硅襯底

102：外延層、例如sige層

103：用于柵電極的電介質(zhì)

104：柵電極

105：經(jīng)摻雜的漏極區(qū)域

106：經(jīng)摻雜的阱區(qū)域

107：例如由sio2或氮化硅構(gòu)成的側(cè)面布置的氧化物間隔物

108：硅化物、例如cosi或cosi2

109：掩模

110：經(jīng)摻雜的硅

111：高度摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域、通過(guò)從硅化物中分離摻雜物形成的區(qū)域

121：由半導(dǎo)體材料構(gòu)成的納米線

122：絕緣體

123：經(jīng)摻雜的外延層、例如sige層，其形成阱區(qū)域

124：用于柵電極的電介質(zhì)

125：柵電極

126：例如由sio2或氮化硅構(gòu)成的側(cè)面布置的氧化物間隔物

127：經(jīng)摻雜的漏極區(qū)域

128：硅化物、例如cosi或cosi2

129：高度摻雜的半導(dǎo)體區(qū)域、通過(guò)從硅化物中分離摻雜物形成的區(qū)域。

具體實(shí)施方式

另外，用源極區(qū)域來(lái)表示電流進(jìn)入晶體管的區(qū)域，并且用漏極區(qū)域來(lái)表示電流從晶體管流出的區(qū)域。漏極與源極之間的通過(guò)電流的控制或放大通過(guò)有針對(duì)性地?cái)U(kuò)大或縮小半導(dǎo)體材料（襯底）的導(dǎo)電和不導(dǎo)電區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，預(yù)先通常被p型和n型摻雜的半導(dǎo)體材料通過(guò)施加在控制電極（柵極）上的電壓或由此產(chǎn)生的電場(chǎng)要么被耗盡、要么積聚載流子。

圖5示出了沒(méi)有和具有本發(fā)明的以直接處于柵極之下的p型摻雜阱形式的兩個(gè)擴(kuò)展方案的平面p型tfet的轉(zhuǎn)移特性（轉(zhuǎn)移特征曲線、相對(duì)于柵極電壓vg的漏極電流id），其中針對(duì)源極區(qū)域的摻雜研究?jī)煞N不同的摻雜強(qiáng)度。具有55at%ge的sige層具有5nm的起始層厚度。針對(duì)具有相反摻雜阱的擴(kuò)展方案的接通電流（漏極電流）在該實(shí)驗(yàn)中上升了幾乎兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并且逆亞閾值斜率s從200mv/dec改善為100mv/dec。經(jīng)改善的技術(shù)實(shí)施方式將導(dǎo)致s<60mv/dec，并且因此導(dǎo)致特別高能效的晶體管。還可以明顯識(shí)別的是本發(fā)明的兩個(gè)擴(kuò)展方案的關(guān)斷電流（最小電流）與沒(méi)有p型摻雜阱的晶體管相比的降低。因此，在根據(jù)本發(fā)明的晶體管的情況下，極限電流與最小電流的比可以有利地至少被擴(kuò)大為50倍。對(duì)于tfet典型的雙極特性在使用阱的情況下也被抑制，因?yàn)樵谠礃O側(cè)發(fā)生有利的線遂穿，而在漏極側(cè)發(fā)生點(diǎn)遂穿。

圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的具有垂直隧道結(jié)的帶到帶隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）的一種實(shí)施方式的示意性構(gòu)造。柵極裝置由高介電常數(shù)的柵極電介質(zhì)（hfo2）和由tin構(gòu)成的金屬柵極形成。由i-sige構(gòu)成的溝道區(qū)域是本征的、即標(biāo)稱未摻雜的，漏極區(qū)域在該示例中為p型摻雜的。在柵極之下在源極側(cè)布置p型摻雜的阱。該阱與根據(jù)本發(fā)明相反摻雜（n型摻雜）的區(qū)域接界，該區(qū)域已經(jīng)通過(guò)摻雜物從硅化區(qū)域中向外擴(kuò)散而形成，并且在那里形成垂直隧道結(jié)，該隧道結(jié)規(guī)則地延伸到大約10nm的數(shù)量級(jí)的區(qū)域之上。

接著，用于制造根據(jù)本發(fā)明的tfet的各個(gè)方法步驟示例性地根據(jù)平面tfet在圖7至12中予以示出，而在此不存在對(duì)制造變型方案的限制。

在圖7中，si（100）襯底101被示為具有布置在其上的半導(dǎo)體功能層（硅鍺層、si1-xgex，其中0<x<1）102。sige層假晶地在硅襯底101上生長(zhǎng)。在此，sige層中的雙軸壓縮應(yīng)變由于假晶生長(zhǎng)而與松弛sige相比減小了帶隙。

根據(jù)圖8，在上面布置有例如5nm厚的薄sige層102的硅襯底101上首先根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)mosfet制造生成柵極104。為此，將接下來(lái)的層整面地沉積到硅鍺層102上。柵極電介質(zhì)hfo2譬如2至4nm厚地通過(guò)原子層沉積（英語(yǔ)：atomiclayerdeposition，ald）被沉積到薄sige層102、之后的溝道上。tin柵極104借助于脈沖氣相沉積來(lái)施加。例如由tin和多晶硅構(gòu)成的整個(gè)柵極通常具有40nm和150nm之間的總層厚。柵極接著借助于反應(yīng)式離子蝕刻和選擇性濕法化學(xué)被結(jié)構(gòu)化。

圖9示出了下一方法步驟，其中硅鍺層102經(jīng)歷摻雜。硼離子被注入到sige層中，以便直接在控制電極之下形成p型摻雜的宿（右側(cè)）和n型摻雜的阱（左側(cè)）。在此，能量有意地被低地選擇，以便僅僅注入或摻雜sige層而不注入或摻雜處于下面的硅。附加地在低溫（<900℃）下活化摻雜物，以便避免sige層的雙軸壓縮應(yīng)變的松弛。

圖10示出了：緊接著，p型摻雜的區(qū)域106接著如何通過(guò)干法蝕刻步驟除了直接處于柵極之下的區(qū)域以外被完全除去。在此，干法蝕刻未進(jìn)行到電解質(zhì)103和柵極104之下。因此，剩下柵極之下的p型摻雜的阱106。

對(duì)于除去p型摻雜區(qū)域直至硅層101，此外有利的是，原始sige層102不厚于10nm，以便使得能夠通過(guò)控制電極的電場(chǎng)耗盡sige層中的載流子。

對(duì)于對(duì)源極區(qū)域進(jìn)行硅化的下一步驟（參見(jiàn)圖11），使用側(cè)面布置的由sio2或氮化硅構(gòu)成的氧化物間隔物107。氧化物間隔物是根據(jù)mosfet技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法制造的。氧化物間隔物107此外還保護(hù)電介質(zhì)103和柵極104。

緊接著，借助于電子束蒸發(fā)將金屬施加到在蝕刻以后露出的硅層101上。在此，適于作為金屬的是如下這樣的金屬：所述金屬盡管與si層的硅反應(yīng)，但是不與sige層反應(yīng)，其中sige層應(yīng)當(dāng)被理解成示例性的。針對(duì)材料系統(tǒng)si-sige合適的是鈷，因?yàn)楣杌挼男纬稍趕i/sige交界面處有利地自動(dòng)停止。ge未被置入到硅化物中。相反，針對(duì)硅化大多所使用的ni形成ni-si-ge化合物，并且因此侵蝕sige溝道層?？蛇x地，還可以將另一層施加到第一金屬層上，以用于保護(hù)第一金屬層免于氧化。

然后，源極區(qū)域經(jīng)歷硅化步驟，其中金屬?gòu)慕饘賹又袛U(kuò)散到硅層中，并且與硅形成金屬化合物、硅化物。形成硅化物區(qū)域108，該硅化物區(qū)域108可以底切源極側(cè)的氧化物間隔物107、以及阱區(qū)域106。

掩模109將下面的摻雜限制在源極區(qū)域。這可以通過(guò)離子注入與接下來(lái)的溫度處理、或者也通過(guò)其它摻雜物擴(kuò)散過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，源極側(cè)的摻雜與經(jīng)摻雜的阱106和漏極區(qū)域105相反地、即在本情況下借助于磷作為n型摻雜來(lái)進(jìn)行。

緊接在用磷離子對(duì)硅化區(qū)域108進(jìn)行摻雜以后，晶體管在500℃下在氮?dú)鈿夥罩刑幚?0秒鐘，其中磷從硅化鈷108中一方面向外擴(kuò)散到si襯底101中，并且決定性地向側(cè)面、或向上擴(kuò)散直到p型摻雜的sige層（經(jīng)摻雜的阱）106中。在該方法中有利的是，例如磷從硅化物中的向外擴(kuò)散可以通過(guò)熱預(yù)算（例如500℃、10秒鐘）精確到幾納米來(lái)準(zhǔn)確控制，可以生成對(duì)隧道fet重要的陡峭摻雜形貌，并且向外熱擴(kuò)散與直接離子注入相比不生成sige層中的晶體缺陷。這對(duì)于最小化使隧道fet的s劣化的不期望的由缺陷引起的遂穿是重要的。

通過(guò)選擇方法參數(shù)因此可以有利地實(shí)現(xiàn)：磷僅僅擴(kuò)散到相反摻雜的阱區(qū)域的sige中幾納米，使得p-n結(jié)（=隧道結(jié)）優(yōu)選地被大致構(gòu)造在sige層的中間。

通過(guò)這種方式，可以在sige層之內(nèi)并且直接在柵極之下形成垂直n⁺-p型帶到帶隧道結(jié)（由圖13中的箭頭來(lái)標(biāo)示）。n⁺型源極區(qū)域111的摻雜物濃度在硅的情況下應(yīng)當(dāng)在10²⁰cm^-3的范圍內(nèi)，而相反摻雜的阱106的摻雜物濃度根據(jù)要求可以在10¹⁸cm^-3至10²⁰cm^-3之間變化，以便實(shí)現(xiàn)平面tfet的線性輸出特性。

根據(jù)本發(fā)明的帶到帶隧道場(chǎng)效應(yīng)晶體管（tfet）也可以以替代的方式來(lái)制造。在此，替代的制造路線首先根據(jù)如圖7至圖10中所示的方法步驟來(lái)進(jìn)行。

但是從現(xiàn)在起首先執(zhí)行到蝕刻以后露出的硅層101中的摻雜。該摻雜可以通過(guò)離子注入、或者也通過(guò)其它擴(kuò)散過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)。在此，源極側(cè)的摻雜與經(jīng)摻雜的阱106以及必要時(shí)漏極區(qū)域105相反地、即在本示例中借助于磷離子作為n型摻雜來(lái)進(jìn)行（參見(jiàn)圖14）。該摻雜也允許進(jìn)行直到阱，但是不應(yīng)當(dāng)覆蓋原始摻雜，因?yàn)橛谑遣辉俅嬖趎⁺-p⁺隧道結(jié)?；罨苯釉趽诫s以后就已經(jīng)可以進(jìn)行，但是也可以通過(guò)接下來(lái)的硅化步驟來(lái)彌補(bǔ)。

緊接于此，借助于電子束蒸發(fā)將金屬施加到現(xiàn)在n型摻雜的硅層110上。在此，適于作為金屬的是如下這樣的金屬：所述金屬盡管與si層的硅反應(yīng)，但是不與sige層反應(yīng)?？蛇x地，還可以將另一層施加到金屬層上，以用于保護(hù)金屬層免于氧化。

然后，已經(jīng)n型摻雜的源極區(qū)域經(jīng)歷硅化步驟，其中金屬?gòu)慕饘賹又型ㄟ^(guò)n型摻雜的硅層在側(cè)向上擴(kuò)散直至si層101中并且尤其是直至si-ge交界面，并且形成硅化物，并且在那里實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的有利的垂直n⁺-p⁺隧道結(jié)111。

前述示例性描述的制造過(guò)程此外也可以考慮用于非常小的結(jié)構(gòu)、比如用于具有多柵極的鰭式tfet或納米線tfet。

接著，根據(jù)圖15至21闡釋另一示例性的制造方法，而這不應(yīng)被視為限制。在此，柵極圍繞tfet布置，其中隧道結(jié)被布置為分別平行于柵極的電場(chǎng)，并且分別在源極側(cè)設(shè)置選擇性硅化以及通過(guò)摻雜物分離的摻雜物換出，以便提供根據(jù)本發(fā)明的隧道結(jié)。

圖15示出了露出的例如由硅構(gòu)成的半導(dǎo)體納米線121，該半導(dǎo)體納米線121布置在絕緣層122上，所述絕緣層122又布置在襯底101上。具有平行定向的多重線的陣列既可以借助于光刻與蝕刻方法的組合直接制造、或者通過(guò)納米線生長(zhǎng)來(lái)制造。

在下一步驟中，例如利用化學(xué)氣相沉積（英語(yǔ)：chemicalvapordeposition）共形地圍繞納米線121進(jìn)行外延層123的生長(zhǎng)。外延層123例如可以是具有小帶隙并且具有小于10nm層厚的高度摻雜的半導(dǎo)體層。作為這樣的層的合適材料，尤其是可以列舉sige、ge、gesn或sigesn，但是根據(jù)本發(fā)明也可以使用其它半導(dǎo)體材料。

在選擇性地除去漏極側(cè)和溝道區(qū)域的一部分上的外延層以后，按照標(biāo)準(zhǔn)在本情況下環(huán)形地構(gòu)造柵極裝置。為此，首先相應(yīng)地施加和布置柵極電介質(zhì)124并且緊接著是柵極金屬125，這如圖17中所示。

緊接著，未被柵極覆蓋的外延層123被除去，使得——如從圖18中可見(jiàn)——剩下柵極電介質(zhì)之下的環(huán)繞的經(jīng)摻雜的（環(huán)形）阱，使得環(huán)形柵極（英語(yǔ)：gate-all-around（全環(huán)繞型柵極）（gaa））保證器件的最優(yōu)靜電控制。這對(duì)于隧道fet是特別有利的，因?yàn)橛纱嗽谒淼澜Y(jié)中通過(guò)施加的柵極電壓可以實(shí)現(xiàn)特別高的場(chǎng)強(qiáng)，這提高了隧道概率并且因此提高了漏極電流。

接著是通過(guò)側(cè)面布置的由sio2或氮化硅構(gòu)成的氧化物間隔物126來(lái)對(duì)柵極裝置的保護(hù)。

為此，在根據(jù)圖19的裝置中首先實(shí)現(xiàn)源極側(cè)的硅化區(qū)域128，其中選擇性的自調(diào)校的硅化僅僅涉及納米線121而不涉及經(jīng)摻雜的阱123?？蛇x地，也可以在漏極側(cè)進(jìn)行硅化。接著是在源極側(cè)的硅化區(qū)域128的與阱相反的摻雜，并且接著摻雜物從硅化物中向外擴(kuò)散直到阱123中，由此產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的高度摻雜的硅化區(qū)域129。

在這種情況下不重要的是，根據(jù)本發(fā)明的高度摻雜的硅化區(qū)域129是首先通過(guò)選擇性硅化與緊接著的摻雜和向外擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)，還是替代地區(qū)域129通過(guò)首先進(jìn)行的對(duì)硅層的摻雜并且接著硅化和向外擴(kuò)散來(lái)實(shí)現(xiàn)。

緊接著，通過(guò)對(duì)納米線121進(jìn)行摻雜，還構(gòu)造一個(gè)經(jīng)摻雜的漏極區(qū)域127，其中漏極側(cè)127的摻雜被選擇為與高度摻雜的硅化區(qū)域129相反。

在圖21中以橫截面示出了根據(jù)圖20中的裝置的晶體管。截面在圖20中通過(guò)虛線來(lái)標(biāo)示。在施加?xùn)艠O電壓的情況下，遂穿（由箭頭來(lái)標(biāo)示）在納米線的居中布置的高度摻雜的硅化區(qū)域129與相反摻雜的環(huán)繞阱123之間的交界面處進(jìn)行。

該最終構(gòu)型的一個(gè)特別的特征是，其幾乎僅僅實(shí)現(xiàn)線遂穿，該線遂穿與具有點(diǎn)遂穿的常規(guī)實(shí)施方式相比可以實(shí)現(xiàn)更高隧道電流以及尤其是更小的亞閾值斜率（s）。后者是晶體管的高能效的前提。