[發明專利]具有多溝道長度的垂直場效應晶體管器件

有效

• 申請號: 201780034256.6
• 申請日: 2017-06-01
• 公開（公告）號: CN109314140B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: R·維尼加拉;R·A·維加;H·馬萊拉
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;楊曉光

一種半導體器件包括：布置在半導體襯底(102)上的第一源/漏區(802)，布置在半導體襯底(102)上的第二源/漏區(1002)，布置在所述第一源/漏區(802)上的底部間隔物(1602)，布置在所述第二源/漏區(1002)上的底部間隔物(1602)。具有第一長度(L1)的第一柵極堆疊(2602a)布置在所述第一源/漏區(802)上，具有第二長度(L2)的第二柵極堆疊(2602b)布置在所述第二源/漏區(1002)上，所述第一長度(L1)小于所述第二長度(L2)。布置在所述第一柵極堆疊(2602a)上的頂部間隔物(2702)，以及布置在所述第二柵極堆疊(2702b)上的頂部間隔物(2702)。

技術領域

本發明一般涉及垂直場效應晶體管(VFET)，更具體地，涉及具有不同溝道長度的VFETS。

背景技術

MOSFET是用于切換電子信號的晶體管。MOSFET具有源極、漏極和金屬氧化物柵極電極。金屬柵極通過薄的絕緣材料層(例如二氧化硅或高介電常數(高k)電介質)與主半導體n溝道或p溝道電絕緣，這使得MOSFET的輸入電阻相對較高。柵極電壓控制從漏極到源極的路徑是開路(“關斷”)還是電阻路徑(“開”)。

N型場效應晶體管(nFET)和p型場效應晶體管(pFET)是兩種類型的互補MOSFET。nFET使用電子作為電流載流子并使用n摻雜的源極和漏極結。pFET使用空穴作為電流載流子并使用p摻雜的源極和漏極結。

FinFET是一種類型的MOSFET。FinFET是一種多柵極MOSFET器件，可減輕短溝道的影響并減少漏極引起的勢壘降低。“鰭”是指在襯底上圖案化的半導體材料，其通常具有三個暴露表面，這些表面形成源極區和漏極區之間的窄溝道。布置在鰭片上方的薄介電層將鰭溝道與柵極分開。因為鰭片為溝道區提供三維表面，所以與平面FET器件相比，可以在襯底的給定區域中實現更大的溝道長度。

隨著CMOS縮放到更小的尺寸，垂直FET器件提供了優勢。垂直FET通常包括布置在襯底上的有源源/漏區域層。底部間隔層布置在有源源/漏區域層上。FET器件的溝道區布置在底部間隔層上。溝道區可以包括任何數量的形狀，包括鰭形狀。

柵極堆疊布置在底部間隔層上并圍繞溝道區。頂部間隔層布置在柵極堆疊上。間隔物用于限定位于柵極附近的半導體襯底的有源區域中的溝道區。

器件縮放驅動半導體工業，這降低了成本，降低了功耗，并且提供了具有增加的每單位面積功能的更快的器件。光學光刻技術的改進在器件縮放中發揮了重要作用。然而，光學光刻具有最小尺寸和間距的限制，其由照射的波長確定。

發明內容

根據本發明的實施例，一種用于形成半導體器件的方法包括：在半導體襯底上形成第一源/漏區和第二源/漏區，在所述襯底上形成第一溝道區和第二溝道區，以及在所述第一源/漏區和第二源/漏區上形成底部間隔物。第一柵極堆疊形成在所述第一溝道區的側壁上方，以及第二柵極堆疊形成在第二溝道區的側壁上方。柵極導體層形成在底部間隔物的暴露部分上方并圍繞第一柵極堆疊和第二柵極堆疊。去除與所述第一柵極堆疊相鄰的柵極導體層的一部分，并且去除與所述第二柵極堆疊相鄰的柵極導體層的一部分，使得所述柵極導體具有與所述第一柵極堆疊相鄰的第一厚度和與所述第二柵極堆疊相鄰的第二厚度，所述第一厚度小于第二厚度。去除所述第一柵極堆疊和所述第二柵極堆疊的部分以暴露所述第一溝道區和所述第二溝道區的部分。在所述第一溝道區和所述第二溝道區的暴露部分上形成犧牲隔離物。去除柵極導體層的暴露部分以暴露部分所述底部間隔物。頂部間隔物沉積在所述第一柵極堆疊和所述第二柵極堆疊上方。去除所述第一溝道區的暴露部分以在所述頂部間隔物中形成空腔。在所述頂部間隔物和層間電介質層的空腔中形成第三源/漏區。