[發明專利]垂直納米線MOS晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201410076899.5
• 申請日: 2014-03-04
• 公開（公告）號: CN104900696B
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 王文博
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

1.一種垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括：

提供半導體襯底，所述半導體襯底內具有阱區；

在所述阱區內形成第一重摻雜區，所述第一重摻雜區上表面與所述阱區上表面齊平；

在所述半導體襯底上表面形成單晶半導體層；

蝕刻所述單晶半導體層和部分厚度的所述第一重摻雜區，蝕刻后剩余的所述單晶半導體層作為垂直納米線，蝕刻后剩余的所述第一重摻雜區分為第一子摻雜區和第二子摻雜區，所述第一子摻雜區的橫截面與所述垂直納米線的橫截面相同；

在所述半導體襯底上表面、所述阱區上表面、所述第一重摻雜區上表面及所述垂直納米線側面形成介質層；

形成金屬柵層包圍位于所述垂直納米線側面的所述介質層；

在形成所述金屬柵層之后，對所述垂直納米線頂部進行重摻雜形成第二重摻雜區。

2.如權利要求1所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述單晶半導體層的厚度范圍為10nm～200nm。

3.如權利要求1所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述單晶半導體層為單晶硅層，采用在氫氣氣氛中分解硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷或四氯化硅的至少其中之一形成。

4.如權利要求1所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述介質層的形成過程包括：在所述半導體襯底上表面、所述阱區上表面及所述第二子摻雜區上表面形成第一層間介質層，所述第一層間介質層上表面低于所述第一子摻雜區上表面，在所述第一層間介質層上表面和所述垂直納米線側面形成高K介質層。

5.如權利要求4所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，在形成所述金屬柵層后，且在形成所述第二重摻雜區之前，所述形成方法還包括：在所述金屬柵層上形成第二層間介質層，所述第二層間介質層與所述垂直納米線上表面齊平。

6.如權利要求5所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括：在所述第二重摻雜區上形成外延層。

7.如權利要求6所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括：依次蝕刻位于所述垂直納米線其中一側的所述第二層間介質層、金屬柵層、高K介質層和第一層間介質層，直至形成暴露所述第二子摻雜區的溝槽。

8.如權利要求7所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括：形成第三層間介質層覆蓋所述外延層和所述第二層間介質層，并填充滿所述溝槽。

9.如權利要求8所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括：蝕刻所述第三層間介質層直至形成暴露所述第二子摻雜區的第一凹槽和暴露所述外延層的第二凹槽，并在所述第一凹槽底部形成第一金屬硅化物，在所述第二凹槽的底部形成第二金屬硅化物，再采用導電材料填充所述第一凹槽形成第一導電插塞，并填充所述第二凹槽形成第二導電插塞。

10.如權利要求9所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述形成方法還包括：在所述第三層間介質層中形成貫穿所述第三層間介質層且連接所述金屬柵層的第三導電插塞。

11.如權利要求1所述的垂直納米線MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述第二重摻雜區的厚度范圍為2nm～20nm。