阅读说明：本技术 穿隧场效晶体管装置 (Tunneling field effect transistor device ) 是由 彼德·瑞姆瓦尔 麦特西亚斯·帕斯拉克 于 2018-07-24 设计创作，主要内容包括：本揭示内容描述一种垂直穿隧场效晶体管装置,其包括P掺杂的氮化镓纳米线源极/漏极的垂直的P-I-N异质接面结构、本质的InN层,和N掺杂的氮化镓纳米线源极/漏极。高介电常数介电层和金属栅极环绕本质的InN层周围。(This disclosure describes a kind of vertical tunneling field effect transistor device comprising the gallium nitride nano-wire source/drain of the vertical P-I-N heterojunction structure of the gallium nitride nano-wire source/drain of P doping, the InN layer of essence and N doping.Dielectric layer with high dielectric constant and metal gates are around the InN layer of essence.)

穿隧场效晶体管装置

技术领域

本揭示内容大体上关于半导体结构的制造，并且在一些实施方式中，涉及形成具有氮化镓(GaN)的垂直穿隧场效晶体管。

背景技术

金属氧化物半导体(MOS)场效应晶体管(FET)已成为集成电路的主导技术。根据栅极电压V_g和源极-漏极电压V_ds，金属氧化物半导体可以在线性、饱和、和次临界区域这三个区域作用。次临界区域是栅极电压V_g小于临界电压V_t的区域。次临界摆幅代表切断晶体管电流的容易度，并且是确定金属氧化物半导体装置的速度和功率的重要因素。次临界摆幅可以表示为m*kT/q的函数，其中是m是与电容有关的参数。常规的金属氧化物半导体装置的次临界摆幅在室温下具有大约60mV/decade(kT/q)极限，这又为操作电压VDD和临界电压V_t的进一步微缩造成限制。这样的限制是由于载子的漂移-扩散传送机制。由于这个原因，现有的金属氧化物半导体装置在室温下切换速度通常不能快于60mV/decade。次临界摆幅的60mV/decade极限也适用于鳍式场效晶体管或是绝缘体上硅(SOI)装置上的超薄体金属氧化物半导体场效晶体管。因此，较新的绝缘体上硅的超薄体金属氧化物半导体场效晶体管或是鳍式场效晶体管，以更佳的通道上的栅极控制，可以达到次临界摆幅接近至，但不低于60mV/decade的极限。由于这样的极限，对于未来的纳米装置而言，在低操作电压下进行更快速的切换是很难实现的。

穿隧场效晶体管(TFET)是一种新类型的晶体管。穿隧场效晶体管经由调节隧穿能障的量子进行开关。因为如此，穿隧场效晶体管不受载子的热Maxwell–Boltzmann尾部的限制，热Maxwell–Boltzmann尾部限制了室温下金属氧化物半导体场效晶体管的次临界摆幅至大约60mV/decade的电流。

发明内容

一种穿隧鳍式场效晶体管装置，包含：基板、第一氮化镓层、遮罩层、第二氮化镓层、氮化铟镓或氮化铟的一层或多层、以及第三氮化镓层。第一氮化镓层，在基板之上为镓极性。遮罩层，在第一氮化镓层之上，遮罩层包括一孔洞。第二氮化镓层，为镓极性，经由孔洞覆盖第一氮化镓层，第二氮化镓层具有六个倾斜表面。氮化铟镓或氮化铟的一层或多层，覆盖第二氮化镓层。第三氮化镓层，为镓极性，覆盖氮化铟镓或氮化铟的一层或多层，第三氮化镓层具有基本上平坦的上表面。

附图说明

本揭示内容的各方面，可由以下的详细描述，并与所附附图一起阅读，而得到最佳的理解。在附图中，相同的标示号码表示相似的元件或动作，除非上下文另有说明。附图中元件的大小和相对位置不一定按比例绘制。事实上，为了清楚地讨论起见，各个特征可能任意地增加或减小。

图1为根据本揭示内容的实施方式，绘示制造垂直的穿隧场效晶体管的示例性制程；

图2A至图2M为根据本揭示内容的实施方式，绘示示例性晶圆在各个制造阶段的各种视图。

具体实施方式

根据本文描述的实施方式的技术涉及一种制造具有III-V族化合物半导体材料的垂直穿隧场效应晶体管(TFET)的新制程。在本揭示内容的一个或多个实施方式中，磊晶氮化镓GaN基层(或“第一GaN层”)，经由例如有机金属化学气相沉积(MOCVD)，在基板上Ga极的方向成长。第一GaN层可能是三维的纳米结构(纳米线)，或者可能是其他的晶体结构。使用合适的掺杂制程，以P型掺杂剂/杂质，如：镁Mg，或是N型掺杂剂/杂质，如：硅Si或锗Ge，形成GaN基底层。在GaN基底层上，形成且图案化遮罩层(例如：氮化硅或碳化硅)，以定义用于形成穿隧场效晶体管的选择性区域。

在第一GaN层之上成长第二GaN纳米线层。使用合适的掺杂制程，以P型掺杂剂/杂质，如：镁Mg，或是N型掺杂剂/杂质，如：硅Si或锗Ge，形成第二GaN纳米线层。通过对成长条件(例如：温度和压力)的各种控制，第二GaN纳米线层包括上部部分，其轮廓自基本上平坦/平面的表面至具有6个倾斜晶面的尖角锥形，每个倾斜晶面具有锐角三角形的形状。在一示例性的实施方式中，第二GaN纳米线层的上部部分可能是由6个倾斜晶面(亦即，成长在Ga极中GaN的(1-101)晶面或半极性晶面)包围的渐缩的且包括基本上平的顶表面(亦即，成长在Ga极中GaN的(0001)晶面)。六个半极性晶面中的每一个可能具有锐角梯形的形状。介于倾斜的(1-101)晶面和平的(0001)晶面之间的角度为在大约100度至大约155度的范围中。在一实施例中，角度是118度(或62度)。第二GaN纳米线层的高度或厚度为在介于大约20纳米至大约100纳米的范围内。第二GaN纳米线层由与第一GaN纳米线层相同类型的杂质形成。例如，在第一GaN纳米线层以硅Si或锗Ge作为杂质掺杂为N型的情况下，第二GaN纳米线层也由例如Si或Ge的N型杂质而形成。

在一实施方式中，所有的GaN层在Ga极的方向成长，具有大约20纳米至大约100纳米的高度或厚度。

根据本揭示内容的各种实施方式，形成另一种III-V族半导体材料的薄层(例如：氮化铟InN、或氮化铟镓InGaN的薄层)作为第一GaN纳米线层之上的磊晶膜。InN经由内建的自发的和压电的极化场，修饰GaN/InN/GaN能带结构列阵，从而促进能带至能带间穿隧(BTBT)效应。在InN中存在的Ga可能促进介于InN或InGaN与GaN之间的接合。此外，Ga原子可能为在GaN的顶部的InN的成长中不可避免的杂质。可能形成具有厚度范围介于大约1.5纳米至大约4纳米之间的InN或InGaN的一层或多层。在一实施方式中，InN或InGaN的一层或多层具有大约2纳米的厚度。

InN或InGaN的一层或多层，以下称为“InN层”，为按照第二GaN纳米线层的轮廓而形成。例如，InN层形成在第二GaN纳米线层的侧壁上，并且在半极性(1-101)晶面的顶部和顶部镓极(0001)晶面之上。

根据在此所描述的各个实施方式，InN层为不掺杂，即为本质的。在其他的实施方式中，InN层可能是轻掺杂的。

根据在此描述的各个实施方式，第三GaN纳米线层形成在InN层之上。在一实施方式中，控制第三GaN纳米线层的形成条件，使得第三GaN纳米线层的上部部分包括在Ga极方向(亦即，极性晶面或(0001)晶面)的基本上平坦的表面。可能根据由垂直的异质接面结构制成的穿隧场效晶体管的预期直径或尺寸，以确定尺寸，例如：介于上部极性晶面的相对侧之间的距离、或上部极性晶面的直径。在另一个实施例中，第三GaN纳米线层的上部平坦表面(亦即Ga极晶面)的尺寸，至少部分地与第二GaN纳米线层的倾斜表面、半极性面重叠。在各个实施方式中，第三GaN纳米线层使用与第二GaN纳米线层不同类型的掺杂杂质而形成。例如，在第二GaN纳米线层以Si或Ge杂质掺杂为N型的情况下，第三GaN纳米线层以Mg杂质掺杂为P型。第三GaN纳米线层具有大约20纳米至大约100纳米的高度或厚度。

根据本揭示内容的各个实施方式，进行选择性蚀刻以移除第三GaN纳米线层的侧部分和InN层的侧部分，至第二GaN纳米线层被蚀刻和暴露的程度。也就是说，第二GaN纳米线层的侧部分可能也被移除，以提供第二GaN纳米线层的暴露侧壁。在一实施方式中，在选择性蚀刻之后，第三GaN纳米线层仅包括上部部分之上的基本上平坦的上表面，即Ga极晶面，而不包括上部部分之上的倾斜半极性晶面(1-101)。

根据本揭示内容的各个实施方式，围绕本质的InN层而形成栅极结构。栅极结构可能包括金属栅极和栅极介电层。

根据在此描述的各个实施方式，垂直的穿隧场效晶体管因此包括基板、第一GaN层、第二GaN纳米线层其成长在第一GaN层的选择性区域之上、InN层其在第二GaN纳米线层之上、以及第三GaN纳米线层其在InN层之上。第一GaN层和第二GaN纳米线层掺杂为相同类型的半导体，而第三GaN纳米线层掺杂为不同类型的半导体，其不同于第二GaN纳米线层的类型。

第二和第三GaN纳米线层配置为源极/漏极区域，且栅极结构围绕InN层以及至少部分的第二和第三GaN纳米线层。

在一实施例中，第二GaN纳米线层的上部部分包括倾斜表面，倾斜表面具有锐角三角形或锐角梯形的形状。InN层依循第二GaN纳米线层的上部部分轮廓，且包括倾斜部分。根据各个实施方式，介于InN层的倾斜部分和第二GaN纳米线层的侧壁之间的角度为钝角，角度在约100度至约155度的范围内。

由于InN层的通道区域包括倾斜段，在GaN的极性晶面中，倾斜段靠近环绕栅极比靠***坦的通道区域还近，因此改善了静电的栅极控制。此外，InN层的倾斜段也增加InN层与第二GaN纳米线层和第三GaN纳米线层交界的面积，这影响穿隧电流。因此，增加了通道区域的穿隧电流。

本揭示内容在此提供许多不同的实施方式或实施例，以实现所述标的的不同特征。以下描述组件和配置的具体实施例以简化本叙述内容。当然，这些仅是实施例，并不旨在造成限制。例如，在随后的描述中，形成第一特征高于第二特征或在第二特征上方，可能包括第一和第二特征以直接接触形成的实施方式，且也可能包括附加的特征形成于第一和第二特征之间，因此第一和第二特征可能不是直接接触的实施方式。此外，本揭示内容可能在各个实施例中重复标示数字和/或字母。这样的重复，目的是为了简化和清楚起见，并不代表所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。

此外，为了便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征之间，如附图中所绘示的关系，在此可能使用空间上的相对用语，诸如“之下”、“下方”、“低于”、“之上”、和“高于”等。除了附图中绘示的方向之外，空间上的相对用语旨在涵盖装置在使用中或操作中的不同方向。设备可能有其他方向(旋转90度或其他方向)，并且此处所使用的空间上相对用语也可能相应地解释。

在以下的描述中，为了提供本揭示内容的各个实施方式的透彻理解，阐述了某些具体细节。然而，本领域的技术人员将理解，可能在没有这些具体细节的情况下实践本揭示内容。在其他情况下，没有详细描述与电子元件和制造技术相关的已知结构，以避免不必要地模糊本揭示内容的实施方式的描述。

除非上下文另有要求，否则在整篇说明书和所附的请求项中，词语“包含”及其变化词，应被解释为开放的、包括的意义，亦即“包括但不限于”。

序数的使用，诸如第一、第二、和第三，并不必然地意味排序的排行意义，而可能仅是区分动作或结构的多个实例。

整篇说明书中，参照“一实施方式”或“实施方式”指的是在至少一个实施方式中，描述包括与实施方式相关的特定的特征、结构或特性。因此，整篇说明书中，各处出现的短语“在一实施方式中”或“在实施方式中”，不必然地都指的是相同的实施方式。再者，特定的特征、结构、或特性可能在一个或多个实施方式中，以任何合适的方式组合。

在本说明书和所附的权利要求书中，单数的“一”和“该”包括复数个指示物，除非内容另有明确的规定。还应注意的，用语“或”，一般上在运用时其意义包括“和/或”，除非内容另有明确的规定。

以下的描述以晶体管作为本描述运用至半导体结构的实施例；然而，本描述不限于适用至晶体管。例如，以下的描述适用于其他不是晶体管的类型的半导体结构，其中，在使用GaN的垂直装置中，改善的本质通道区域的穿隧效应是理想的。此外，本揭示内容也包括使用其他III-V族材料的垂直装置，垂直装置包括金字塔型上部轮廓，亦即包括倾斜表面。

图1为根据在此所揭示的各个实施方式，绘示制造垂直的穿隧场效晶体管的示例性的制造制程100，垂直的穿隧场效晶体管具有GaN纳米线为源极/漏极区域。本文中所用的“纳米线”，与固态材料领域公认的定义一致，指是的GaN的三维晶体结构。GaN纳米线可能在镓Ga面方向成长，亦即顶部晶面是Ga原子，或是可能在氮N面方向成长，亦即顶部晶面是N原子。在本文的描述中，使用在Ga极方向成长的GaN纳米线作为说明性的实施例，这并不是限制本揭示内容的范围。

参看图1，在示例的操作110中，亦参看图2A，提供晶圆200。晶圆200包括基板210，和形成在基板210之上的GaN层220(以下称为“第一GaN层”)基板210可能为晶体结构的硅基板，例如：硅(111)或(001)晶体结构，和/或其他元素半导体，例如锗。另择地或是附加地，基板210可能包括化合物半导体，诸如碳化硅、砷化镓、砷化铟、蓝宝石、和/或磷化铟。此外，基板210可能包括绝缘体上硅(SOI)结构。基板210可能包括磊晶层，和/或可能为应变的磊晶层，以提高效能。基板210也可能包括各种掺杂配置，这取于本领域已知的设计要求，诸如p型基板和/或n型基板，和各种掺杂区域，诸如p井和/或n井。

在一实施例中，晶圆200也包括介于基板210和第一GaN纳米线层220之间的氮化铝AlN的层230。AlN层230除了有其他功能外，也改善基板210之上的GaN晶核形成作用。

基于装置设计和结构强度上的考虑，例如纵横比，选择第一GaN层220的厚度。对于在第一GaN纳米线层220之上后续的GaN纳米线成长，为了提供坚实的基底，第一GaN纳米线层220的厚度足够提供低的差排密度，例如，小于10⁸cm^-2。在一实施方式中，第一GaN层220的厚度在大约50纳米至大约200纳米的范围内。

第一GaN层220可能使用有机金属化学气相沉积(MOCVD)、或分子束磊晶(MBD)，在基板210或AlN层230之上形成。

第一GaN层220可能掺杂为N型，例如，经由供应含有额外的Si或Ge的前趋体，或是可能掺杂为P型，例如，使用Mg前趋体。其他合适的掺杂程序，例如：对于N型的Si、Ge杂质的离子布植，或是对于P型的Mg杂质的离子布植，在本揭示内容中也是可行的，并且也包括在本揭示内容中。为了说明的目的，首先以P型杂质形成GaN层220。

于说明性的实施例，在Ga极的方向形成第一GaN层220。

在示例性的操作120中，参看图2B，介电质(例如：氮化硅或二氧化硅)的遮罩层(也称为模板层)240形成在第一GaN层220之上，且图案化为具有孔洞242，第一GaN层220经由孔洞242而暴露。遮罩层240除其他目的之外，目的作为经由孔洞242的GaN的选择性区域成长。其他选择性区域成长的技术，例如，经由使用模板硬罩，也是可能的并且包括在本揭示内容中。

在示例性的操作130中，第二GaN纳米线层250在Ga极的方向，通过孔洞242，形成在第一GaN层220之上，且向上延伸。在一实施例中，第二GaN纳米线层250，利用有机金属化学气相沉积、气相磊晶、和/或晶面控制磊晶横向过度成长(FACELO)技术、或其他合适的成长机制，以底部向上成长和选择性区域成长(SAG)方式成长。

利用晶面控制技术以控制第二GaN纳米线层250的上部部分252的轮廓。例如，遮罩层240的材料、遮罩层240的遮罩填充因子、孔洞242的尺寸和形状、第二GaN纳米线层250的成长温度、反应器压力、Ga源和NH₃的流动速率、和掺杂的杂质，皆全可能控制以实现所得的第二GaN纳米线层的不同的上部晶面。在形成第二GaN纳米线层250中利用晶面控制技术，可以基于预期的穿隧场效晶体管变数，控制上部部分252的轮廓。在一实施例中，如图2C所示，上部部分242是渐缩的，且包括顶表面254，其基本上是平的，例如：平行于GaN层220的顶表面，而且多个倾斜表面256围绕顶表面254。介于一倾斜表面256和平的表面254之间的角度258在大约115度至大约145度之间的范围内(或相应的锐角258A为大约35度至65度)。在一实施例中，角度258A为大约62度。第二GaN纳米线层250的介于倾斜表面256和侧壁262之间的角度260，在介于大约125度至大约155度之间的范围内(或是相应的锐角260A在介于大约25度至大约55度之间)。

图2D绘示上部部分252的立体图。如图2D所示，也参看图2C，顶表面254为在Ga极方向形成的Ga原子的晶面。也就是说，顶表面254基本上垂直于Ga极方向(0001)，且顶表面254称为Ga极性晶面或(0001)晶面。倾斜表面256垂直于半极性方向(1-101)，且称为在Ga极成长的GaN纳米线的半极性晶面或(1-101)晶面。图2D也显示非极性方向(1-100)，其基本上平行于顶表面254。侧壁262基本上垂直于非极性方向，亦即，侧壁262也称为非极性面。

利用晶面控制的各种成长条件，顶表面254的尺寸、和周围的倾斜表面256的尺寸，可能有变化。图2E从俯视图显示三个示例性的上部部分252的轮廓I、II、和III。上部部分252的实施例I对应于图2D，上部部分252包括由六个倾斜表面256所包围的顶表面254。顶表面254基本上是六边形的形状。每个倾斜表面256基本上为锐角梯形的形状，例如在图2F所示的示例性梯形形状IV。

在另一个实施例中，轮廓II，将顶表面254的尺寸控制至基本上最小化，且上部部分252基本上是金字塔的形状。六个倾斜表面256每个基本上为锐角三角形的形状，如在图2F所示的示例性锐角三角形形状V。

在又另一个实施例中，轮廓III，顶部表面254基本上与整个上部部分252重叠，且基本上最小化倾斜表面256。

应理解的是，第二GaN纳米线层250的成长条件可能不是完美控制的，而且上部部分252的轮廓可能不是对称的，并且可能包括不规则性。例如：在图2E的实施方式I中，顶表面254可能不是完美的六边形。此外，可能的是，六个倾斜表面中的一些具有基本上为锐角梯形的形状，而六个倾斜表面的其他具有基本上为锐角三角形的形状。在GaN纳米线成长中，这样的不规则性和缺陷是可能的，并且包括在本揭示内容中。

在本文的描述中，作为说明性的实施例，第二GaN纳米线层250具有上部部分252，其有图2C和图2D所示的轮廓。

第二GaN纳米线层250由与第一GaN层220相同的掺杂杂质类型而形成，在此例如为P型掺杂杂质。

返回参看图1，在示例性的操作140中，参看图2G，InN或InGaN的一层或多层270(InN层)形成在第二纳米线GaN层250之上。InN经由N内建的自发性和压电的极化场，修饰GaN/InN/GaN带结构阵列，促进能带至能带穿隧(BTBT)效应。在InN中Ga的存在可能有助于介于InN或InGaN与GaN之间的接合。另外，Ga原子可能是在GaN顶部的InN的成长中，不可避免的杂质。

InN和/或InGaN薄膜可能以有机金属化学气相沉积或分子束磊晶成长。

层270的组成为In_xGa_1-xN。铟的比率“x”介于大约10％至大约100％之间。

10％100％铟的“x”比值介于10％～100％之间。铟的比率“x”在约10％至约100％之间。在一些设计方案中，铟和镓之间铟的比例增加是理想的。

在一实施方式中，InN层270包括上部部分272，其基本上依循第二GaN纳米线层250的上部部分252。具体而言，在第二纳米线GaN层250的上部部分252包括基本上平坦的顶表面254和六个倾斜表面256的情况下，InN层270的上部部分272也包括基本上平坦的顶部段274和六个倾斜段276。取决于第二GaN纳米线层250的上部部分252的轮廓，倾斜段276可能是锐角梯形或锐角三角形的形状。

在一实施方式中，InN层270具有范围在大约1.5纳米至大约4纳米之间的厚度。

在一实施方式中，InN层270是本质的，也就是说，为未掺杂的。在其他实施方式中，InN层270为轻掺杂的。

其他的材料，例如，其他的III-V族化合物，可能取代在层270中的InN。层270的材料，根据其特性选择，以经由内建的自发性和压电的极化场，修饰GaN/层270/GaN能带结构阵列，而促进能带至能带的穿隧(BTBT)效应。

在InN替代物中Ga的存在可能促进介于InN或InGaN替代物与GaN之间的接合。此外，Ga原子可能为在GaN的顶部的InN替代物的成长中，不可避免的杂质。

在示例性的操作150中，也参看图2H，第三GaN纳米线层280形成在InN层270之上，使用例如选择性区域成长，和相同或类似于第二GaN纳米线层250的GaN纳米线成长技术。在一实施方式中，第三GaN纳米线层280包括上部部分282，其包括由六个倾斜表面286包围的基本上平的顶表面284。顶表面284至少部分地重叠于或覆盖InN层270的倾斜段276和第二GaN纳米线层250的倾斜表面256。

在一实施方式中，第三GaN纳米线层280由与第一和第二GaN纳米线层220和250不同的导电类型的掺杂杂质而形成。在说明性的情况下，第一和第二GaN纳米线层220和250掺杂为P型半导体，而第三GaN纳米线层280掺杂为N型半导体。

在各个实施方式中，第三GaN纳米线层280包括在InN层270之上、范围从大约20纳米至100纳米的高度或厚度。

在示例的操作160中，亦参看图2I，移除第三GaN纳米线层280的侧部分和InN层270的侧部分，因此暴露第二GaN纳米线层250的侧壁262a。侧壁262a可能为第二GaN纳米线层250形成时的原始侧壁262，或者可能是在非极性方相(亦即(1-100)晶面)的新侧壁。也就是说，在示例性的操作160中，也可能移除第二GaN纳米线层250的侧部分。可能经由选择性蚀刻制程，例如通过KOH溶液，实施侧部分的移除。另一个蚀刻的实施例是光电化学(PEC)处理和后处理湿式蚀刻，以移除侧部分。光电化学(PEC)处理将侧部分转换为氧化物。之后经由在缓冲的氢氟酸(HF)以湿式蚀刻，并在蚀刻后浸入在约150℃氢氧化钾(KOH)(0.5M)中，以移除氧化物部分(侧部分)。其他合适的方式以选择性地移除第三GaN纳米线层280、InN层270或第二GaN纳米线层250这些层的侧部分，也是可能的且包括在本揭示内容中。

在一实施方式中，操作160之后，InN层270残留的部分包括倾斜段276的至少一部分。在又一实施方式中，残留的第三GaN纳米线层280仅包括在上部部分282中平的顶表面284，而不包括倾斜表面(图2H中的286)的任何部分。也就是说，移除倾斜表面286。因此，P-I-N异质接面结构的直径取决于第三GaN纳米线层280的顶表面284的尺寸。控制第三GaN纳米线层280的成长条件，以达到顶表面284的期望尺寸。在一实施方式中，为了确保InN层270的倾斜段276仍然在P-I-N异质接面结构中，第三纳米线GaN层280的顶表面284的尺寸大于第二纳米线GaN层250的顶表面254的尺寸。

在示例性的操作170中，也参看图2J和图2K，栅极结构形成在InN层270旁，或更具体而言，围绕InN层270。如图2J所示，形成高介电常数(high-K)介电层290，其包围第二GaN纳米线层250、InN层270、和第三GaN纳米线层280的异质接面结构。高介电常数介电层290也填充孔洞242的未填充的部分。在一实施方式中，取决于在遮罩层240中使用的材料，高介电常数介电层290可能延伸到遮罩层240之上，和/或可能形成在第三GaN纳米线层280的顶表面284之上。

高介电常数介电材料可能选自一种或多种化合物：氧化铪(HfO₂)、铪硅氧化物(HfSiO)、铪硅氧氮化物(HfSiON)、铪钽氧化物(HfTAO)、铪钛氧化物(HfTiO)、铪锆氧化物(HFARO)、其组合、和/或其他合适的材料如：ZrO₂、Al₂O₃、LaO、TiO、Ta₂O₅、Y₂O₃、STO、BTO、BaZrO、HfZrO、HfLaO。

高介电常数介电层290可能经由原子层沉积(ALD)或其他合适的技术而形成。根据在此描述的实施方式，高介电常数介电层290包括范围从约5至约的厚度，或其他合适的厚度。

如图2K中所示，在高介电常数介电层290的外侧，形成导电的(如：金属的)栅极层300，其围绕(环绕)InN层270。金属栅极层300可能部分地包围或环绕第二GaN纳米线层250和第三GaN纳米线层280。在一实施方式中，金属栅极层300为钨(W)或氮化钛(TiN)。用于金属栅极层300的其他合适的材料可能包括钌、钯、铂、钨、钴、镍、和/或导电的金属氧化物和其他合适的P型金属材料，并且可能包括铪(Hf)、锆(Zr)、(Ti)、钽(Ta)、铝(Al)、铝化物和/或导电的金属碳化物(例如：碳化铪、碳化锆、碳化钛、和碳化铝)，以及用于N型金属材料的其他合适材料。

金属栅极层300可以经由溅镀或原子层沉积(ALD)形成。金属栅极层的厚度范围介于大约1纳米至大约5纳米之间。

在示例性的操作180中，也参看图2L，使用任何合适的制程，形成相邻于金属栅极层300的导电的(如：金属的)栅极互连层310。

在示例性的操作190中，参看图2M，进行装置分离制程以形成穿隧场效晶体管装置400。装置分离制程可能包括化学机械研磨，以移除过多的栅极互连金属层310、金属栅极层300、和高介电常数介电层290，以暴露第三GaN纳米线层280的顶表面284。装置分离制程可能也包括凹陷化金属栅极层300和栅极互连金属层310，且形成相邻于且覆盖金属栅极层300的绝缘层320。

在一实施方式中，绝缘层320向下延伸到第一GaN纳米线层220之外。

如图2M所示，根据本揭示内容，穿隧场效晶体管装置400的示例性的实施方式，包括：第一GaN层220(GaN基底)且掺杂为P型，遮罩层240在氮化镓基底220之上且包括孔洞242，第二GaN纳米线层250(第一纳米线源极/漏极区域)其覆盖GaN基底220，经由孔洞242向上延伸且掺杂为与GaN基底220相同的P型，InGaN或InN的一层或多层的本质性InN层270(通道区域)，其覆盖第一纳米线源极/漏极区域250，第三GaN纳米线层280(第二纳米线源极/漏极区域)覆盖通道区域270，且掺杂为不同于GaN基底220和第一纳米线源极/漏极区域250的N型，以及栅极结构(高介电常数介电层290和金属栅极层300)其相邻于通道区域270。

类似于图2M所示，根据本揭示内容，穿隧场效晶体管装置400的另一个示例性的实施方式，包括：第一GaN层220(GaN基底)且掺杂为N型，遮罩层240在氮化镓基底220之上且包括孔洞242，第二GaN纳米线层250(第一纳米线源极/漏极区域)其覆盖GaN基底220，经由孔洞242向上延伸且掺杂为与GaN基底220相同的N型，InGaN或InN的一层或多层的本质性InN层270(通道区域)，其覆盖第一纳米线源极/漏极区域250，第三GaN纳米线层280(第二纳米线源极/漏极区域)覆盖通道区域270，且掺杂为不同于GaN基底220和第一纳米线源极/漏极区域250的P型，以及栅极结构(高介电常数介电层290和金属栅极层300)其相邻于通道区域270。

在一实施方式中，第一纳米线源极/漏极区域250包括具有六个倾斜表面256的渐缩的顶部部分。倾斜表面256的每个具有基本上为锐角梯形或锐角三角形的形状。通道区域270也包括六个倾斜段276。第二GaN纳米线的源极/漏极区域280包括顶表面284，其基本上与整个上部部分重叠，且不包括倾斜表面。

绝缘层320朝向基板210向下延伸并且超出GaN基底220。绝缘层320在其侧面相邻于金属栅极300，并且从顶部覆盖金属栅极层300。

第二GaN纳米线的源极/漏极区域280的顶表面284从绝缘层320露出。

GaN基底220、第一GaN纳米线的源极/漏极区域250、第二GaN纳米线的源极/漏极区域280在GaN的Ga极方向形成。

可能使用在N极成长的GaN，形成类似于P-I-N异质接面的垂直穿隧场效晶体管结构。

以上概述了几个实施例的特征，以便本领域的技术人员可以更好地理解本揭示内容的方面。本领域的技术人员应理解，他们可能容易地使用本揭示内容，作为其他制程和结构的设计和修改的基础，以实现与在此介绍的实施方式的相同的目的，或是达到相同的优点。本领域技术人员亦应理解，与这些均等的建构不脱离本揭示内容的精神和范围，并且他们可能在不脱离本揭示内容的精神和范围的情况下，进行各种改变、替换、和变更。

一般而言，在以下的权利要求书中，所使用的用语不应该被解释为将权利要求限制为说明书中所揭露的具体实施方式和权利要求书中，而是应该解释为包括所有可能的实施方式以及与这样的获权的权利要求的均等的全部范围。因此，权利要求不受本揭示内容的限制。

经由以下的实施方式，可能更进一步理解本揭示内容：

在一结构的实施方式中，结构包括基板，在基板之上的在镓极的第一氮化镓层，在第一氮化镓层之上的遮罩层，其包括孔洞，在镓极的第二氮化镓层，其经由孔洞覆盖第一氮化镓层，氮化铟镓或氮化铟的一层或多层，其覆盖第二氮化镓层，以及在镓极的第三氮化镓层，其覆盖氮化铟镓或氮化铟的一层或多层。

第二氮化镓层具有六个倾斜表面。第三氮化镓层具有基本平坦的上表面。

在穿隧场效晶体管装置的实施方式中，穿隧场效晶体管装置包括：氮化镓基底，第一氮化镓的纳米线源极/漏极区域，其覆盖氮化镓基底，通道区域，其不同于GaN的III-V族半导体材料且覆盖第一氮化镓的纳米线源极/漏极区域，第二氮化镓的纳米线源极/漏极区域，其覆盖通道区域，以及栅极结构，其邻接于通道区域。

在一方法的实施方式中，接收晶圆，其包括基板之上的第一氮化镓层。第一氮化镓层包括第一导电性类型的第一杂质。经由选择性区域成长，第二氮化镓纳米线层形成在第一氮化镓层之上。由与第一氮化镓纳米线层相同的第一导电性类型的杂质，形成第二氮化镓纳米线层。在第二氮化镓层之上形成氮化铟或氮化铟镓的一层或多层。第三氮化镓纳米线层，形成在氮化铟或氮化铟镓的一层或多层的上方。第三氮化镓纳米线层包括第二不同的导电性类型的第三杂质。经由移除第三氮化镓层的侧部和氮化铟或氮化铟镓的一层或多层的侧部，暴露第二氮化镓纳米线层的侧壁。形成栅极结构，其邻接于氮化铟或氮化铟镓的一层或多层。

在一些实施方式的结构中，其中六个倾斜表面中的一个倾斜表面具有基本上为锐角梯形的形状。

在一些实施方式的结构中，其中六个倾斜表面中的一个倾斜表面具有基本上为锐角三角形的形状。

在一些实施方式的结构中，其中第一氮化镓层和该第二氮化镓层被掺杂为有相同的导电性类型。

在一些实施方式的结构中，其中第二氮化镓层和第三氮化镓层被掺杂为不同的导电性类型。

在一些实施方式的结构中，更包含氮化铝层，其介于基板和第一氮化镓层之间。

在一些实施方式的结构中，其中介于六个倾斜表面中的一个倾斜表面和第二氮化镓层的一侧壁之间的角度大约为152度。

在一些实施方式的结构中，更包含栅极结构，其包围氮化铟镓或氮化铟的一层或多层。

在一些实施方式的结构中，其中栅极结构包括介电层，其邻接于氮化铟镓或氮化铟的一层或多层和介电层外的导电层。

在一些实施方式的结构中，更包含导电的互连结构，其邻接于栅极结构。

在一些实施方式的结构中，更包含绝缘体，其至少从遮罩层向下延伸，穿过并超出第一氮化镓层。

在一些实施方式的结构中，其中基板为硅。

在一些实施方式的结构中，其中氮化铟镓或氮化铟的一层或多层为本质的。

根据一些实施方式的装置，包含：氮化镓基底、第一氮化镓的纳米线源极/漏极区域、通道区域、第二氮化镓的纳米线源极/漏极区域、以及栅极结构。第一氮化镓的纳米线源极/漏极区域，其覆盖氮化镓基底。通道区域，其材料为不同于覆盖第一氮化镓的纳米线源极/漏极区域的GaN的III-V族半导体材料。第二氮化镓的纳米线源极/漏极区域，其覆盖通道区域。栅极结构，其邻接于通道区域。

在一些实施方式的装置中，其中第一纳米线源极/漏极区域包括具有六个倾斜表面的渐缩的顶部部分。

在一些实施方式的装置中，其中六个倾斜表面的一个倾斜表面具有的形状基本上为锐角梯形或是基本上为锐角三角形。

在一些实施方式的装置中，其中氮化镓基底和第一纳米线源极/漏极区域以第一导电性类型掺杂，且第二纳米线源极/漏极区域以第二不同的导电性类型掺杂。

根据一些实施方式的方法，包含：接收晶圆，晶圆包括基板之上的第一氮化镓层，第一氮化镓层包括第一导电性类型的第一杂质；经由选择性区域成长，在第一氮化镓层之上形成第二氮化镓纳米线层，第二氮化镓纳米线层包括该第一导电性类型的第二杂质；在第二氮化镓层之上形成氮化铟镓或氮化铟的一层或多层；在氮化铟镓或氮化铟的一层或多层之上形成第三氮化镓纳米线层，第三氮化镓纳米线层包括第二不同的导电性类型的第三杂质；经由移除第三氮化镓层的侧部和氮化铟镓或氮化铟的一层或多层的侧部，暴露第二氮化镓纳米线层的侧壁；以及形成栅极结构，其邻接于氮化铟镓或氮化铟的一层或多层。

在一些实施方式的方法中，其中形成第二氮化镓纳米线层，其具有包括六个倾斜表面的渐缩的上部部分。

在一些实施方式的方法中，其中形成氮化铟镓或氮化铟的一层或多层依循第二氮化镓纳米线层的渐缩的上部部分。