[發明專利]垂直器件結構

有效

• 申請號: 201410507489.1
• 申請日: 2014-09-28
• 公開（公告）號: CN105280698B
• 公開（公告）日: 2019-09-13
• 發明（設計）人: 王志豪;廖忠志;連萬益;游家權;邱奕勛;蔡慶威;吳偉豪
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司 11409
• 代理人: 章社杲;李偉

本發明提供了垂直器件結構。本發明涉及具有在源極區和漏極區之間延伸的矩形垂直溝道條的垂直晶體管器件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。具有一個或多個垂直溝道條的溝道區設置在源極區上方。一個或多個垂直溝道條的底面鄰接源極區并且具有矩形形狀(即，具有四條邊的形狀，具有不同長度的相鄰邊和四個直角)。柵極區位于源極區上方并且位于鄰接垂直溝道條的位置處，漏極區設置在柵極區和垂直溝道條上方。垂直溝道條的矩形形狀提供了具有更好性能和單元區域密度的垂直器件。

技術領域

本發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

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，半導體行業開始使用替代技術(例如，FinFET)以繼續滿足摩爾定律。

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和漏極區之間延伸的溝道區。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。

發明內容

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，設置在半導體襯底上方；溝道區，包括設置在所述源極區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并且具有矩形形狀；柵極區，位于所述源極區上方，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，設置在所述柵極區和所述一個或多個垂直溝道條上方。

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上方定向為平行。

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的長度的方向上延伸。

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的長度的方向上延伸。

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。

在該垂直晶體管器件中，所述柵極區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垂直分離。

在該垂直晶體管器件中，所述柵極區圍繞所述一個或多個垂直溝道條。

在該垂直晶體管器件中，所述柵極區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。

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。

根據本發明的另一方面，提供了一種垂直晶體管器件，包括：源極區，設置在半導體襯底上方；溝道區，設置在所述源極區上方；多個垂直溝道條，在所述源極區和所述漏極區之間延伸，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，圍繞所述多個垂直溝道條，并且位于與所述源極區和所述漏極區垂直地分離的位置處。