[發明專利]垂直溝道場效應晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 02129384.8
• 申請日: 2002-09-09
• 公開（公告）號: CN1399349A
• 公開（公告）日: 2003-02-26
• 發明（設計）人: 劉金華;劉文安;黃如;張興
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/772
• 分類號: H01L29/772;H01L21/335
• 代理公司: 北京華一君聯專利事務所
• 代理人: 余長江

本發明涉及一種半導體器件，它是一種具有垂直溝道結構的場效應晶體管，本發明還涉及它的制備方法。

垂直溝道場效應晶體管(vertical?FET)技術是一種新的實現小尺寸MOSFET的方法。它的溝道長度是由硅臺刻蝕、離子注入或者外延來決定的，而不象傳統的平面MOSFET那樣是通過光刻來定義的，因而無須借助于復雜的光刻手段就可以很容易的實現短溝道器件的制作，其工藝和平面MOSFET技術也完全兼容。垂直溝道器件被學術界和工業界認為是繼平面MOSFET之后的最有潛力的新型器件之一。目前，在ROM、DRAM等領域已有成熟的應用。

垂直溝道場效應晶體管從加工工藝上來分基本上可以分為兩類，一類是以硅臺的刻蝕和離子注入的形式形成垂直溝道，另一類是通過外延的技術形成垂直溝道。從結構上來分垂直溝道場效應晶體管則可分為環柵(surround?gate)和雙柵(double?gate)兩種。文獻Takato，H.etal.Electron?Devices，IEEETransactions?on，Volume：38?Issue：3，March?1991.Page(s)：573-578.和文獻Schulz，.T?etal.Electron?Devices?Meeting，2000.IEDM?Technical?Digest.International，2000?Page(s)：61-64.中介紹的分別是典型的硅臺技術的環柵和雙柵垂直溝道器件。它們都是通過刻蝕硅臺和離子注入形成的溝道，柵電極環繞硅臺的四周或在硅臺的兩個側邊上，形成環柵或者雙柵。文獻Risch，L.et?al.IEEE?Transactions?on，Volume：43?Issue：9，Sept.1996?Page(s)：1495-1498.和文獻Klaes，D.et.al.Thin?Solid?Films?Volume：336，Issue：1-2，December?30，1998，pp.306-308.中介紹的是典型的外延技術的垂直溝道器件。它們共同的特點是源、柵、漏端都是通過外延形成的。由于外延技術可以很好的控制外延層的厚度，因而就可以比較精確的控制溝道的長度。該技術比較復雜，對設備和工藝條件要求嚴格。

常見的硅臺工藝中，由于源端(或漏端)的引出要在硅臺的頂端，因此使得硅臺的面積比較大，相應就需要占用較大的有源區面積。另外硅臺工藝中通常采用注入的方式形成溝道，由于注入的結深不容易控制，因而會使得溝道長度也難以控制。多晶硅技術目前已成熟應用于雙極超高速集成電路中，利用多晶硅作發射極，是先進的雙極技術的典型特征。本發明借鑒了多晶硅技術在雙極器件中的應用，以硅臺技術為基礎，利用多晶硅作垂直溝道MOSFET的源端。這樣不僅結合了硅臺技術工藝簡單和外延技術易于控制溝道長度的優點，而且源端的引出可以在場區，這樣有源區部分的硅臺面積就可以做的很小，大大減小了有源區的面積。

因此，本發明的目的就是提供一種短溝道的垂直MOSFET，有效地節省器件有源區的面積，更好地控制器件溝道長度。

并且可以雙極器件兼容，為實現BiCMOS打下了很好地基礎。

本發明的垂直溝道場效應晶體管用多晶硅作器件的源端。

本發明的制備方法包括下列步驟：

(1)版圖設計：定義有源區；在有源區中定義一個硅臺區域，將來要在此處刻蝕出硅臺，垂直溝道就在硅臺的側壁上形成；硅臺版圖如果在有源區的里邊，則所作器件為環柵；如果硅臺版圖橫跨有源區兩端，則所作器件為雙柵器件；源漏也不是對稱的結構，源端的引出在場區，漏端在有源區里面；多晶硅柵也要設計成不對稱的形狀，在有源區的部分較窄，要搭在硅臺的版圖上，而在體區的部分較寬，因為要在上面開引線孔；最后在源、柵、漏區開出引線孔，并設計金屬引線；

另外對于襯底正面引出的器件，要在有源區的一端設計p+(對于n管)注入或n+(對于p管)注入的版圖。

(2)器件隔離；

???采用傳統的局部氧化(LOCOS)技術；

(3)調節閾值注入；

???根據制作器件類型的不同對有源區作n型或p型注入；

(4)淀積源端多晶硅；

???然后在多晶硅上淀積一層氧化層；

(5)刻蝕硅臺；

???硅臺的高度可以根據所作器件溝道長度的不同而調整；

(6)生長柵氧化層；

???先生長犧牲氧化層，然后去掉犧牲氧化層，再生長柵氧化層；

(7)淀積多晶硅，并對多晶硅進行重摻雜，接著作激活退火；

(8)刻蝕多晶硅，作源漏注入；