[發明專利]分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711050837.7
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107768431B
• 公開（公告）日: 2020-08-07
• 發明（設計）人: 劉溪;夏正亮;靳曉詩
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管，包括一個SOI晶圓的硅襯底（6），其特征在于： SOI晶圓的硅襯底（6）上方為SOI晶圓的絕緣層（5）；SOI晶圓的絕緣層（5）上方具有U形單晶硅（7）、柵極絕緣層（8）和方筒形柵電極（4）；U形單晶硅（7）為摻雜濃度低于1018cm-3的單晶硅材料，具有U形凹槽結構特征，其凹槽內部及前后左右側表面由柵極絕緣層（8）填充和覆蓋，且U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽內的左右兩側除了柵極絕緣層（8）不含任何其它結構層，柵極絕緣層（8）位于U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側的兩個垂直部分之間的區域；U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側的兩個垂直部分通過柵極絕緣層（8）彼此隔離；柵極絕緣層（8）俯視觀看呈現漢字“日”字形，對U形單晶硅（7）整體除上下表面以外的外表面形成包裹圍繞，U形單晶硅（7）的兩個垂直部分通過柵極絕緣層（8）彼此絕緣隔離；柵極絕緣層（8）外側四周表面附有由多晶硅或金屬做形成的方筒形柵電極（4），由方筒形柵電極（4）、位于方筒形柵電極（4）和方筒形輔控柵電極（9）之間的絕緣介質層（3）以及方筒形輔控柵電極（9）所共同形成的堆疊方筒形夾層，對柵極絕緣層（8）除上下表面以外的外表面形成四面包裹圍繞，使得U形單晶硅（7）內嵌于由方筒形柵電極（4）、位于方筒形柵電極（4）和方筒形輔控柵電極（9）之間的絕緣介質層（3）以及方筒形輔控柵電極（9）所共同形成的堆疊方筒形夾層的內部；方筒形柵電極（4）對柵極絕緣層（8）的下方部分的前后左右四個側面相互接觸，對柵極絕緣層（8）形成四面包裹，并通過柵極絕緣層（8）與U形單晶硅（7）彼此絕緣隔離，使得U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構的下方部分內嵌于方筒形柵電極（4）所形成的筒狀的內部，對U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側的兩個垂直部分的下方和底部水平部分具有場效應控制作用；方筒形輔控柵電極（9）對柵極絕緣層（8）的上方部分的前后左右四個側面相互接觸，對柵極絕緣層（8）的上方部分形成四面包裹，并通過柵極絕緣層（8）與U形單晶硅（7）彼此絕緣隔離，使得U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構的下方部分內嵌于方筒形柵電極（4）所形成的筒狀的內部，對U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側的兩個垂直部分的上方部分具有場效應控制作用；方筒形柵電極（4）和方筒形輔控柵電極（9）之間通過絕緣介質層（3）彼此絕緣隔離；絕緣介質層（3）位于方筒形柵電極（4）和方筒形輔控柵電極（9）之間的部分的厚度不大于5納米；方筒形柵電極（4）和方筒形輔控柵電極（9）這兩個電極為彼此獨立控制的電極；方筒形輔控柵電極（9）在器件工作時始終處于固定電位以確保方筒形輔控柵電極（9）與源電極（1）之間具有足夠的電勢差而使U形單晶硅（7）上表面兩端的部分形成載流子積累，以此降低作為器件源極區的U形單晶硅（7）的上表面的阻值，使晶體管在低摻雜濃度下具有高遷移率特性的同時，在低摻雜濃度的U形單晶硅（7）與源電極（1）無法充分形成歐姆接觸的情況下實現低源電阻特性；源電極（1）和漏電極（2）由金屬材料構成，分別位于U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側垂直部分的上表面的上方，并分別與U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽結構左右兩側垂直部分的上表面相互接觸，源電極（1）和漏電極（2）之間通過絕緣介質層（3）彼此絕緣隔離。

2.根據權利要求1所述的分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管的制造方法，其特征在于：其制造步驟如下：

步驟一：提供一個SOI晶圓，SOI晶圓的下方為SOI晶圓的硅襯底（6），SOI晶圓的硅襯底（6）上方為SOI晶圓的絕緣層（5），SOI晶圓的絕緣層（5）的上方為用于形成U形單晶硅（7）的單晶硅層，通過光刻、刻蝕工藝除去部分單晶硅（7），在SOI晶圓上進一步形成U形單晶硅（7）；

步驟二：在SOI晶圓上方淀積絕緣介質并平坦化表面至露出U形單晶硅（7），初步形成柵極絕緣層（8）；

步驟三：通過光刻、刻蝕工藝將SOI晶圓的絕緣層（5）上方的U形單晶硅（7）的前后左右四周部分以及步驟二所形成的柵極絕緣層（8）的前后兩側外側部分刻蝕至露出SOI晶圓的絕緣層（5）；

步驟四：在SOI晶圓上方淀積絕緣介質并平坦化表面至露出U形單晶硅（7）的上表面，再通過光刻、刻蝕工藝將U形單晶硅（7）前后左右四周的絕緣介質進行部分刻蝕至露出SOI晶圓的絕緣層（5），進一步形成柵極絕緣層（8）；

步驟五：在SOI晶圓上方淀積金屬或多晶硅并平坦化表面至露出U形單晶硅（7）的上表面，再通過刻蝕工藝刻蝕掉位于U形單晶硅（7）四周上方部分金屬或多晶硅，形成方筒形柵電極（4）；

步驟六：在SOI晶圓上方淀積絕緣介質并平坦化表面至露出U形單晶硅（7）的上表面，再通過刻蝕工藝刻蝕掉位于U形單晶硅（7）四周上方部分絕緣介質，初步形成絕緣介質層（3）；

步驟七：在SOI晶圓上方淀積金屬或多晶硅并平坦化表面至露出U形單晶硅（7）的上表面，形成方筒形輔控柵電極（9）；

步驟八：在晶圓表面淀積絕緣介質，并通過刻蝕工藝除去U形單晶硅（7）所形成的U形凹槽兩側垂直部分上方的絕緣介質，形成絕緣介質層（3）和源漏通孔，再對晶圓上表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出絕緣介質層（3），在通孔中形成源電極（1）和漏電極（2）。