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[發明專利]SiGe體區縱向1T-DRAM器件及其制造方法有效

專利信息
申請號: 201310035130.4 申請日: 2013-01-29
公開(公告)號: CN103972174B 公開(公告)日: 2018-11-06
發明(設計)人: 方雯;羅軍;趙超 申請(專利權)人: 中國科學院微電子研究所
主分類號: H01L21/8242 分類號: H01L21/8242;H01L27/108
代理公司: 北京藍智輝煌知識產權代理事務所(普通合伙) 11345 代理人: 陳紅
地址: 100029 *** 國省代碼: 北京;11
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摘要:
搜索關鍵詞: sige 縱向 dram 器件 及其 制造 方法
【說明書】:

發明提供了一種基于SiGe能帶工程的縱向納米柱1T?DRAM器件和陣列,采用了縱向的納米柱晶體管,使用外延形成的疊層分別為溝道區和漏區,對溝道區和漏區的設計提供了大的空間,這對于1T?DRAM性能的提升提供很多實施方案;同時,縱向晶體管的結構有利于SiGe溝道區的集成,采用外延SiGe做為溝道區,利用SiGe與Si價帶的差,在溝道區制造了空穴的勢阱,能有效提高1T?DRAM的讀取1狀態與讀取0狀態間的電流差。

技術領域

本發明涉及半導體器件及其制造方法領域,尤其涉及一種基于SiGe能帶工程的縱向高集成度晶體管結構以及其制造方法。

背景技術

隨著半導體集成電路器件特征尺寸的不斷縮小,傳統1T/1C嵌入式DRAM單元尺寸在縮小,其電容的面積隨著按比例縮小(scaling down)變得越來越困難,制備工藝也越來越復雜,與邏輯器件工藝的兼容性越來越差。因此,與邏輯器件兼容性良好的無電容式DRAM(Capacitorless DRAM)將在VLSI的高性能嵌入式DRAM領域具有良好發展前景。其中利用浮體效應(floating body effect)的1T-DRAM(One Transistor Dynamic Random AccessMemory)為1T-DRAM的主要實現方式。

1T-DRAM一般為一個SOI浮體(floating body)晶體管,當對其體區充電,即體區空穴的積累來完成寫“1”,這時由于體區孔穴積累而造成襯底效應,導致晶體管的閾值電壓降低。當對其體區放電,即通過體漏PN結正偏將其體區積累的孔穴放掉來完成寫“0”,這時襯底效應消失,閾值電壓恢復正常,開啟電流增大。而讀操作是讀取該晶體管開啟狀態時的源漏電流,由于“1”和“0”狀態的閾值電壓不同,兩者源漏電流也不一樣,當較大時即表示讀出的是“1”,而較小時即表示讀出的是“0”。

目前,向體區充電的機制主要分為:利用在飽和區的碰撞電離激發寄生BJT效應來在體區積累空穴和采用GIDL效應使體區積累空穴。相比較而言,利用碰撞電離效應的1T-DRAM,由于具有更高的速度和良好的可靠性而成為研究熱點。

目前實現IT-DRAM的結構一般是基于SOI的平面結構,而SOI平面結構的1T-DRAM存在的主要問題是:體區電勢受到體區與源和漏的孔穴勢壘限制。由于常規硅半導體禁帶寬度有限,體區電勢的變化受到限制,閾值電壓的變化較小,這使得讀出的信號電流較小。此外SOI的襯底與目前廣泛應用的體硅工藝不兼容,并且存在不易散熱的問題。

發明內容

本發明針對現有VLSI技術中嵌入式DRAM領域具有良好發展前景的無電容式1T-DRAM單元結構,提出一種基于SiGe能帶工程的高集成度的縱向納米柱1T-DRAM器件和陣列及其制造方法。本發明對1T-DRAM進行優化,利用縱向納米柱晶體管實現浮體效應,并采用易集成的外延SiGe體區,因此在縮小單元面積、提高集成度的同時,能夠增大信號裕度。

根據本發明的一個方面,本發明提供一種半導體器件制造方法,其中,包括如下步驟:

步驟1,在襯底上形成N+摻雜層作為晶體管的源極區域;

步驟2,在所述襯底上外延形成SiGe層;

步驟3,使用第一層掩膜版,刻蝕所述SiGe層,形成SiGe納米柱作為晶體管的溝道區域;

步驟4,沉積Si帽層;

步驟5,沉積第一層間介質層;

步驟6,使用第二層掩膜版,對所述第一層間介質層進行刻蝕;

步驟7,依次沉積高K柵介質材料層和金屬柵極材料層;

步驟8,采用CMP工藝,除去部分所述第一層間介質層、所述高K柵介質材料層和所述金屬柵極材料層,直至暴露出所述Si帽層的上表面,剩余的所述金屬柵極材料層形成為金屬柵極也即字線;

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