垂直器件結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明一般地設計半導體技術領域，更具體地，涉及垂直晶體管器件及其形成方法。
【背景技術】
[0002]摩爾定律表明集成電路中晶體管的數量大約每兩年就會增加一倍。為了實現摩爾定律，集成芯片行業(yè)不斷降低集成芯片部件的尺寸(即，縮放)。然而，近年來，縮放變得更加困難，這是因為正在接近集成芯片制造過程中所使用材料的物理限制。因此，作為傳統縮放的替代選擇，半導體行業(yè)開始使用替代技術(例如，FinFET)以繼續(xù)滿足摩爾定律。
[0003]最近已經出現的傳統的硅平面場效應晶體管(FET)的替代選擇是納米線晶體管器件。納米線晶體管器件將一條或多條納米線用作源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的溝道區(qū)。納米線的直徑通常具有十個納米級或以下，因此，允許形成比使用傳統硅技術所能實現的更小的晶體管器件。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決現有技術中所存在的缺陷，提供了一種垂直晶體管器件，包括:源極區(qū)，設置在半導體襯底上方；溝道區(qū)，包括設置在所述源極區(qū)上方的一個或多個垂直溝道條，其中，所述一個或多個垂直溝道條的底面鄰接所述源極區(qū)并且具有矩形形狀；柵極區(qū)，位于所述源極區(qū)上方，并且位于通過柵極介電層與所述一個或多個垂直溝道條的側壁間隔開的位置處；以及漏極區(qū)，設置在所述柵極區(qū)和所述一個或多個垂直溝道條上方。
[0005]在該垂直晶體管器件中，所述一個或多個垂直溝道條分別具有兩條第一相對邊和兩條第二相對邊，所述兩條第一相對邊具有長度，所述兩條第二相對邊具有小于所述長度的寬度；以及其中，所述一個或多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在所述源極區(qū)上方定向為平行。
[0006]在該垂直晶體管器件中，所述一個或多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在垂直于所述源極區(qū)的長度的方向上延伸。
[0007]在該垂直晶體管器件中，所述一個或多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在平行于所述源極區(qū)的長度的方向上延伸。
[0008]在該垂直晶體管器件中，所述一個或多個垂直溝道條的長度大于所述一個或多個垂直溝道條的寬度約兩倍至約二十倍之間。
[0009]在該垂直晶體管器件中，所述柵極區(qū)沿著所述一個或多個垂直溝道條的一部分延伸，所述一個或多個垂直溝道條的一部分通過絕緣材料與所述漏極區(qū)垂直分離。
[0010]在該垂直晶體管器件中，所述柵極區(qū)圍繞所述一個或多個垂直溝道條。
[0011]在該垂直晶體管器件中，所述柵極區(qū)包括具有水平邊和垂直邊的“L”形結構；以及其中，所述水平邊定向為平行于所述源極區(qū)的頂面，并且所述垂直邊定向為平行于所述一個或多個垂直溝道條的側壁。
[0012]在該垂直晶體管器件中，所述柵極介電層包括設置在所述源極區(qū)上方并且鄰接所述一個或多個垂直溝道條的側壁的高k介電材料；其中，所述柵極區(qū)包括:柵極功函層，設置在所述柵極介電層上并且配置為影響所述垂直晶體管器件的功函；以及柵極金屬層，包括設置在所述柵極功函層上的導電材料。
[0013]根據本發(fā)明的另一方面，提供了一種垂直晶體管器件，包括:源極區(qū)，設置在半導體襯底上方；溝道區(qū)，設置在所述源極區(qū)上方；多個垂直溝道條，在所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)之間延伸，其中，所述多個垂直溝道條的底面鄰接所述源極區(qū)并且具有兩條第一相對邊和兩條第二相對邊，所述兩條第一相對邊具有長度，所述兩條第二相對邊具有小于所述長度的寬度；以及柵極區(qū)，圍繞所述多個垂直溝道條，并且位于與所述源極區(qū)和所述漏極區(qū)垂直地分離的位置處。
[0014]在該垂直晶體管器件中，所述多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在定向為垂直于所述源極區(qū)的長度的方向上延伸。
[0015]在該垂直晶體管器件中，所述多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在定向為平行于所述源極區(qū)的長度的方向上延伸。
[0016]在該垂直晶體管器件中，所述柵極區(qū)包括具有水平邊和垂直邊的“L”形結構；以及其中，所述水平邊定向為平行于所述源極區(qū)的頂面，并且所述垂直邊定向為平行于所述多個垂直溝道條的側壁。
[0017]該垂直晶體管器件還包括:柵極介電層，包括高k介電材料，并且設置在所述源極區(qū)上方并鄰接所述多個垂直溝道條的側壁；其中，所述柵極區(qū)包括:柵極功函層，設置在所述柵極介電層上并且配置為影響所述垂直晶體管器件的功函；以及柵極金屬層，包括設置在所述柵極功函層上的導電材料。
[0018]在該垂直晶體管器件中，所述多個垂直溝道條的長度大于所述多個垂直溝道條的寬度約兩倍至約二十倍之間。
[0019]根據本發(fā)明的又一方面，提供了一種形成晶體管器件的方法，包括:在半導體襯底上方形成源極區(qū)；在所述源極區(qū)上面的位置處形成具有矩形形狀的一個或多個垂直溝道條；在所述源極區(qū)上面的位置處形成圍繞所述一個或多個垂直溝道條的柵極區(qū)；以及在所述一個或多個垂直溝道條上方形成漏極區(qū)。
[0020]在該方法中，形成所述一個或多個垂直溝道條包括:根據掩模層，選擇性地蝕刻位于所述源極層上面的器件溝道層以在所述源極層上方形成一個或多個垂直溝道條。
[0021]該方法還包括:根據包括所述一個或多個垂直溝道條的第一掩模結構，選擇性地蝕刻所述源極層，以形成位于鄰近的垂直晶體管器件的空間分離的源極區(qū)之間的溝槽。
[0022]該方法還包括:根據包括所述一個或多個垂直溝道條的第二掩模結構，選擇性地蝕刻所述柵極層，以形成鄰近的垂直晶體管器件的空間分離的柵極區(qū)。
[0023]在該方法中，所述一個或多個垂直溝道條分別具有兩條第一相對邊和兩條第二相對邊，所述兩條第一相對邊具有長度，所述兩條第二相對邊具有小于所述長度的寬度；以及其中，所述一個或多個垂直溝道條的兩條第一相對邊在所述源極區(qū)上方定向為彼此平行。
【附圖說明】
[0024]當結合附圖進行閱讀時，根據以下詳細描述可以更好地理解本發(fā)明的各方面。應該強調的是，根據工業(yè)中的標準實踐，各個部件未按比例繪制。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。
[0025]圖1A至圖1C示出了具有在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條的垂直晶體管的一些實施例。
[0026]圖2A和圖2B示出了包括垂直晶體管器件的集成芯片的一些實施例，垂直晶體管器件具有在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條。
[0027]圖3示出了各種實施例，其示出了位于公開的垂直晶體管器件的源極區(qū)上的垂直溝道條結構。
[0028]圖4示出了使用公開的具有垂直溝道條的垂直晶體管的示例性SRAM布局的一些實施例。
[0029]圖5示出了形成具有在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條的垂直晶體管器件的方法的一些實施例的流程圖。
[0030]圖6示出了形成具有垂直晶體管器件的集成芯片的方法的一些可選實施例的流程圖，垂直晶體管器件具有在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條。
[0031]圖7至圖18示出了截面圖的一些實施例，這些截面圖示出了形成具有在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條的垂直晶體管器件的方法。
【具體實施方式】
[0032]以下公開內容提供了許多用于實現所提供主題的不同特征的不同實施例或實例。下面將描述部件和布置的具體實例以簡化本發(fā)明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接觸的方式形成的實施例，并且也可以包括額外的部件可形成在第一部件和第二部件之間使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實施例。此外，本發(fā)明可在各個實例中重復參考標號和/或字符。該重復是為了簡單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關系。
[0033]而且，為便于描述，在本文中可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下面的”、“在…之上”、“上面的”等的空間關系術語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)元件或部件的關系。除了圖中所示的方位外，空間關系術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，并且同樣地可以對本文中使用的空間關系描述符進行相對應的解釋。
[0034]垂直納米線晶體管器件通常包括具有圓形或方形截面的納米線，該納米線垂直地設置在下面的源極區(qū)和上面的漏極區(qū)之間。在操作垂直納米線晶體管期間，對柵極區(qū)(即，柵電極)施加的電壓可能會導致電流流經納米線或被夾斷，其中柵極區(qū)圍繞處于垂直地定位在源極區(qū)和漏極區(qū)之間的位置處的納米線。
[0035]由于納米線的尺寸小(例如，通常介于0.lnm和10nm之間)，單條納米線無法在源極區(qū)和漏極區(qū)之間承載足夠的電流以提供有效的晶體管器件。因此，通常多條平行的納米線位于同一垂直晶體管器件的源極區(qū)和漏極區(qū)之間。由于多條平行的納米線受控于相同的柵極區(qū)，所以多條平行的納米線能夠作為單個晶體管器件操作。
[0036]本發(fā)明涉及一種具有改進的性能和單元區(qū)域密度的垂直晶體管器件，包括在源極區(qū)和漏極區(qū)之間延伸的矩形形狀的垂直溝道條；及其相關的形成方法。在一些實施例中，垂直晶體管器件包括設置在半導體襯底上方的源極區(qū)。包括一個或多個垂直溝道條的溝道區(qū)設置在源極區(qū)上方。一個或多個垂直溝道條的底面鄰接源極區(qū)并且具有矩形形狀(即，一種四條邊被四個直角分隔開的形狀，并且相鄰的邊具有不同的長度)。垂直晶體管器件還包括位于源極區(qū)上面并且位于圍繞一個或多個垂直溝道條的位置處的柵極區(qū)，以及設置在柵極區(qū)和一個或多個垂直溝道條上