[發明專利]一種垂直圍柵MOSFET器件及其制造方法

無效

• 申請號: 200910021093.5
• 申請日: 2009-02-11
• 公開（公告）號: CN101483192A
• 公開（公告）日: 2009-07-15
• 發明（設計）人: 李尊朝;尤一龍;張瑞智;蔣耀林
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/36;H01L21/336
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 惠文軒

技術領域

本發明涉及微電子器件制造領域，特別涉及一種垂直圍柵MOSFET器件及其制造方法。

背景技術

微電子器件尺寸的持續縮小使集成電路密度不斷提高，性能不斷改善，成本持續下降。隨著MOSFET尺寸進入納米范圍，短溝道效應和亞閾性能退化限制了器件尺寸的進一步縮小。為了使集成電路在亞50nm之后仍具有良好性能，需要從器件結構和材料等方面進行創新。在器件結構方面，多柵MOSFET成為研究熱點。

在80年代提出的雙柵結構，上下兩個柵比單柵更能有效控制源、漏之間的勢壘，超薄Si層的雙柵MOSFET具有優良的短溝道效應抑制性能。為了降低水平雙柵的工藝難度，提出了垂直雙柵結構，即FinFET結構。如果將FinFET頂部柵氧層的厚度減薄到側柵氧層的厚度，即成為三柵MOSFET結構。全耗盡三柵MOSFET對Si膜寬高比的要求比雙柵器件寬松。將三柵中的側柵深入到埋氧層，即形成Pi柵MOSFET。深入埋氧層的側柵部分使Pi柵MOSFET能有效控制溝道電場，屏蔽漏端電場對溝道的影響。當側柵橫向再伸入埋氧層一部分，就形成了Ω柵。如果硅層完全被柵包圍，就形成了圍柵MOSFET。由于圍柵MOSFET的柵完全包圍了硅膜，柵對溝道的控制能力加強，進一步增強了短溝道效應的抑制能力和電流驅動能力，成為制備高集成度、低壓、低功耗存儲器和CMOS集成電路最具有前景的器件結構。

但當器件的特征尺寸小于100納米時，圍柵器件的閾值電壓漂移和漏致勢壘降低效應也比較顯著。為了抑制短溝道效應，可以通過增大溝道摻雜濃度來實現。但是，高溝道摻雜會導致載流子遷移率降低，進而使器件驅動能力退化。

發明內容

本發明的目的是提供一種垂直圍柵MOSFET器件，它柵控能力更強，能夠有效抑制短溝道效應和亞閾特性的退化，提高器件的驅動能力。

本發明的另一個目的在于提供上述垂直圍柵MOSFET器件的制造方法，能夠用于亞50nm?MOSFET的制作，制作的器件結構精確、可控，而且性能一致性好。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

1、一種垂直圍柵MOSFET器件，包括：半導體襯底，垂直設置在半導體襯底上的圓柱形的溝道區，溝道區的圓柱形外設置有截面為槽形的環狀的介質層，所述槽形開口向上，所述介質層的槽內設置有環狀的柵導電層，所述介質層的槽外設置有環狀的漏導電層，所述介質層的槽外底部與所述半導體襯底接觸，所述溝道區上設置有源導電層，其圓柱形上部摻n+雜質作為源端n+區，與漏導電層底部接觸的半導體襯底區域摻n+雜質作為漏端n+區，其特征在于，所述溝道區的圓柱形中部設置有非對稱Halo摻雜結構p+區。

上述技術方案的進一步特點在于：

所述非對稱Halo摻雜結構p+區和所述溝道區的圓柱形上部之間摻n-雜質，與所述介質層的槽外底部接觸的半導體襯底區域也摻n-雜質，形成LDD摻雜結構。

所述半導體襯底材料選自Si、Ge、SiGe、GaAs或II-VI、III-V、IV-IV族的二元或三元化合物半導體。

2、上述垂直圍柵MOS器件的制造方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)在半導體襯底的表面生長第一氧化硅層作為隔離層，在第一氧化硅層淀積第一氮化硅層，在第一氮化硅層表面制作圓柱形的第一抗蝕劑層；然后，在第一抗蝕劑層的掩蔽下，由上而下依次刻蝕第一氮化硅層、第一氧化硅層、半導體襯底，形成圓柱形的半導體的溝道區，然后，去除第一抗蝕劑層；

(2)在半導體襯底表面和溝道區的側面生長第二氧化硅層，與第一氧化硅層相接；再在第二氧化硅層的表面淀積第一多晶硅層，第一多晶硅層高出并覆蓋第一氮化硅層；平坦化第一多晶硅層，反向刻蝕第一多晶硅層到第一氮化硅層表面和溝道區側面的第二氧化硅層外露；再在第一多晶硅層和第一氮化硅層表面，依次淀積第三氧化硅層和淀積第二氮化硅層，在第二氮化硅層表面淀積第四氧化硅層，高出并覆蓋第二氮化硅層；然后，平坦化第四氧化硅層表面，露出第二氮化硅層的頂部區域；

(3)先刻蝕外露的第四氧化硅層，再刻蝕第二氮化硅層，直到第三氧化硅層頂部完全外露，然后刻蝕第三氧化硅層，直到溝道區頂部的第三氧化硅層刻蝕掉為至；

(4)在第三氧化硅層表面淀積第三氮化硅層，與第一氮化硅層相接，平坦化后，正對溝道區的頂部，制作圓柱形的第二抗蝕劑層，第二抗蝕劑層的圓柱形的直徑大于溝道區的圓柱形的直徑；借助第二抗蝕劑層的掩蔽，刻蝕掉第三氮化硅層的其他部分，形成第一氮化硅側墻，然后去除第二抗蝕劑層；