[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

本發明涉及分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管及其制造方法，可實現源電極和漏電極之間的間距僅有1納米的高集成金屬氧化物半導體場效應晶體管。本發明采用方筒形柵電極，在U形單晶硅所形成的凹槽內部不引入柵電極的前提下，保證了柵電極對U形單晶硅溝道的控制能力。即提高集成度的同時保證了柵電極對溝道的控制能力。同時采用方筒形輔控柵電極和方筒形柵電極等兩個彼此獨立控制的柵電極，有效解決了普通無結晶體管溝道摻雜濃度過低會帶來源漏電阻的增加，而摻雜濃度過高又會導致器件遷移率和穩定性下降這二者之間的矛盾，因此適用于推廣應用。

技術領域

本發明屬于超大規模集成電路制造領域，具體涉及適用于超高集成度集成電路制造的分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管及其制造方法。

背景技術

集成電路的基本單元MOSFETs晶體管隨著尺寸的不斷減小，源電極和漏電極的間距縮小至幾十個納米，溝道的縮短一方面導致柵電極的控制能力減弱而引發亞閾值擺幅變大、漏電流增加、靜態功耗增大、漏電極電壓導致勢壘降低而導致閾值電壓的漂移、抗擊穿能力顯著下降等問題。為提高納米級MOSFETs晶體管的柵電極控制能力，諸如雙柵、折疊柵等多柵技術被提出。然而當器件溝道物理長度進一步縮小至十幾個納米至幾個納米，由于溝道長度的進一步縮短，雙柵、折疊柵的控制能力也會隨之減弱，為解決這一問題，發明人提出了一種U形溝道場效應晶體管,在不增加源電極和漏電極的間距的前提下，通過采用U形垂直溝道，可將溝道長度有效延長，在保證集成度可進一步提升的前提下，顯著降低了短溝道效應。然而這種晶體管在U形凹槽內部沿源、漏方向上要形成柵絕緣層、柵電極、柵絕緣層等多層結構，一方面為實現凹槽內部需要較為復雜的工藝步驟，另一方面凹槽內結構復雜性也不易于集成度的進一步提升。同時，高摻雜濃度的溝道會導致器件的遷移率明顯下降，且雜質隨機散射會導致器件的可靠性受到嚴重影響，為提高無結型器件的遷移率及可靠性，就需要降低硅薄膜的摻雜濃度，然而摻雜濃度的降低會帶來源漏電阻的增加而影響器件的開啟特性。

發明內容

發明目的：

為解決發明人之前提出的U形溝道場效應晶體管凹槽內部結構復雜所導致的集成度難以進一步提升、單晶硅高遷移率與低源電阻之間的矛盾關系等問題，本發明提出分立雙方筒形柵內嵌U形溝道晶體管及其制造方法。

技術方案：

本發明是通過以下技術方案來實現的：