專利名稱：包括在柱子底下延伸的源區(qū)/漏區(qū)的場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件及制造方法，更具體涉及集成電路場效應(yīng)晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
集成電路場效應(yīng)晶體管(FET)，常常被稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、金屬絕緣體半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MISFET)、絕緣柵場效應(yīng)晶體管，或被簡單地稱為MOS/MIS器件，廣泛地用于集成電路邏輯、存儲(chǔ)器、處理器、模擬和/或用于消費(fèi)者、商業(yè)和/或其他應(yīng)用的其他集成電路。隨著集成電路場效應(yīng)晶體管的集成度增加，其有源區(qū)的尺寸和溝道長度可以繼續(xù)減小。隨晶體管的溝道長度的減小，在溝道區(qū)中的電場或電位可能變得相當(dāng)大時(shí)，源區(qū)/漏區(qū)的影響導(dǎo)致所謂的“短溝道效應(yīng)”。而且，隨有源區(qū)的按比例縮小，溝道寬度可能減小，這也可能增加器件的閾值電壓和/或?qū)е缕渌^的“窄寬度效應(yīng)”。
在減小這些和/或其他效應(yīng)的努力中，提出了垂直柱狀晶體管。在垂直柱形晶體管中，可以在從集成電路襯底延伸的柱子中設(shè)置垂直溝道。在Mitsui的、名稱為″Method Of Manufacturing A SemiconductorDevice Having Vertical Transistor With Tubular Double-Gate″的美國專利5,480,838中，描述了一種垂直柱狀晶體管。Mitsui的圖2如這里的圖1所示。如Mitsui的摘要所述，公開了一種半導(dǎo)體器件，在不需要改變其柵電極的材料的條件下允許其閾值電壓的控制以及適合于高密度集成。該半導(dǎo)體器件包括p型單晶硅襯底1，具有圓柱形部分，該具有圓柱形部分有內(nèi)表面和外表面以及在垂直方向上延伸。在圓柱形部分2的內(nèi)表面和外表面分別布置第一柵電極8和第二柵電極10。在圓柱形部分2的頂端上形成源區(qū)/漏區(qū)5，同時(shí)在圓柱形部分2的內(nèi)底表面上形成源區(qū)/漏區(qū)3。因此，該圓柱形部分2可以被用作MIS場效應(yīng)晶體管的溝道區(qū)。通過施加分壓到兩個(gè)柵電極，第一電極和第二電極，可以容易地控制晶體管的閾值電壓。
在Hirayama的、名稱為″Vertical Field Effect Transistor andManufacturing Method Thereof″的美國專利6,015,725中，描述了另一種垂直柱狀場效應(yīng)晶體管。Hirayama的圖2如這里的圖2所示。如Hirayama的摘要所述，公開了一種垂直場效應(yīng)晶體管1及其制造方法，其中通過離子注入，在襯底2中形成與襯底2相反導(dǎo)電類型的掩埋層3至預(yù)定深度。凹陷2a的底部位于相應(yīng)的掩埋層3內(nèi)，該凹陷2a用于在襯底2上形成突出2b。凹陷2a的寬度被設(shè)置為小于掩埋層3的寬度。突出2b的表面和凹陷2a的底部分別形成有雜質(zhì)區(qū)4a，4b；5a，5b，構(gòu)成源和漏區(qū)。突出2b的側(cè)壁上形成的溝道區(qū)的溝道長度L被掩埋層3和突出2b的表面上的雜質(zhì)區(qū)5a，5b之間的距離限定。
不幸地，如上所述的垂直柱狀晶體管也可能顯示出柵-引起的漏區(qū)泄漏(GIDL)，這也可以減小垂直柱狀晶體管的性能。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管包括，襯底和遠(yuǎn)離襯底延伸的柱子。該柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及在基體和頂部之間延伸的側(cè)壁。在該側(cè)壁上設(shè)置絕緣柵。在柱子底下并鄰近絕緣柵的襯底中設(shè)置第一源區(qū)/漏區(qū)。在柱子底下并遠(yuǎn)離絕緣柵的襯底中設(shè)置第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)被重?fù)诫s。
在某些實(shí)施例，該柱子是基體和頂部之間的中間部分與相鄰的基體和頂部相比更窄的I-形柱子，以便該側(cè)壁包括基體和頂部之間的凹陷中間部分。該絕緣柵可以包括在該凹陷部分上延伸的絕緣層和遠(yuǎn)離側(cè)壁的絕緣層上的柵電極。在該柱子外面的襯底中也可以設(shè)置溝槽隔離區(qū)，其中第一和第二源區(qū)/漏區(qū)在與溝槽隔離區(qū)相鄰的襯底中延伸。
在某些實(shí)施例，第二源區(qū)/漏區(qū)與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，進(jìn)一步朝著柱子的中心軸延伸。在另一實(shí)施例中，第一源區(qū)/漏區(qū)與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，進(jìn)一步朝著柱子的中心軸延伸。在再一實(shí)施例中，在柱子底下并遠(yuǎn)離第一源區(qū)/漏區(qū)的襯底中還設(shè)置第三源區(qū)/漏區(qū)。與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第三源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜。在這些實(shí)施例中，與第一和第三源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)可以朝著柱子的中心軸方向進(jìn)一步延伸。
而且，在某些實(shí)施例中，第一和第二源區(qū)/漏區(qū)都可以延伸至凹陷部分底下。在另一實(shí)施例中，第一源區(qū)/漏區(qū)可以延伸至凹陷部分的底下，以及第二源區(qū)/漏區(qū)可以僅僅部分延伸至凹陷部分的底下。在再一實(shí)施例中，其中設(shè)置第一、第二和第三源區(qū)/漏區(qū)，第二源區(qū)/漏區(qū)可以延伸至凹陷部分的底下，第一和第三源區(qū)/漏區(qū)可以僅僅部分延伸至凹陷部分的底下。
在上述實(shí)施例的任意實(shí)施例中，在遠(yuǎn)離絕緣層的柵電極上可以設(shè)置側(cè)壁隔片。而且，該溝槽隔離區(qū)可以從柱子外面至側(cè)壁隔片在襯底中延伸。最后，在以上實(shí)施例的任意實(shí)施例中，在鄰近頂部的柱子中可以設(shè)置第四源區(qū)/漏區(qū)。
本發(fā)明的其他實(shí)施例可以提供場效應(yīng)晶體管，該效應(yīng)晶體管包括I-形柱子，但是不必包括柱子底下的襯底中的第一和第二源區(qū)/漏區(qū)。具體，根據(jù)這些實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管可以包括襯底和遠(yuǎn)離襯底延伸的I-形柱子。該I-形柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及該基體和頂部之間的中間部分，該中間部分比基體和頂部更窄。在該中間部分上設(shè)置絕緣柵。在鄰近基體的襯底中設(shè)置源區(qū)/漏區(qū)。
在這些實(shí)施例的任意實(shí)施例中，該絕緣柵可以包括絕緣層和該絕緣層上的柵電極，和/或在襯底中可以設(shè)置溝槽隔離區(qū)，如已經(jīng)描述。而且，在這些實(shí)施例的任意實(shí)施例中，該源區(qū)/漏區(qū)可以包括如已經(jīng)描述的第一源區(qū)/漏區(qū)、第二源區(qū)/漏區(qū)和/或第三源區(qū)/漏區(qū)。也可以如上所述設(shè)置側(cè)壁隔片和/或第四源區(qū)/漏區(qū)。
根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，可以通過在集成電路襯底中刻蝕多個(gè)隔開的柱子來制造場效應(yīng)晶體管。該柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及該基體和頂部之間的中間部分，該中間部分比基體和頂部更窄。在該中間部分上形成絕緣柵。離子被注入該隔開的柱子之間的襯底中，以形成源區(qū)/漏區(qū)。然后可以執(zhí)行退火，以在柱子底下擴(kuò)散至少一些所注入的離子。在退火之前，一些離子可能已經(jīng)位于柱子底下。
在某些實(shí)施例中，該源區(qū)/漏區(qū)是第一源區(qū)/漏區(qū)，以及該方法還可以包括刻蝕該隔開的柱子之間的襯底，以形成多個(gè)隔開的溝槽，以及注入離子到溝槽中，以在第一源區(qū)/漏區(qū)底下的襯底中形成第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)被更重?fù)诫s。在某些實(shí)施例中，在相對(duì)于襯底成偏斜的角度下將離子注入溝槽中。
在其他實(shí)施例中，通過執(zhí)行第一離子注入和第二離子注入，離子被注入到該隔開的柱子之間的襯底中，從而形成源區(qū)/漏區(qū)，該第一離子注入將離子注入該隔開的柱子之間的襯底中，以形成第一源區(qū)/漏區(qū)，以及在比第一離子注入更高的能量下執(zhí)行第二離子注入，以將離子注入該隔開的柱子之間和第一源區(qū)/漏區(qū)底下的襯底中，以形成第二源區(qū)/漏區(qū)。這些離子注入的順序也可以相反。而且，在執(zhí)行這些離子注入之后，可以在該隔開的柱子之間刻蝕襯底，以形成多個(gè)隔開溝槽。
在再一實(shí)施例中，在注入離子到該隔開的柱子之間的襯底中以形成第一源區(qū)/漏區(qū)和刻蝕該隔開的柱子之間的襯底以形成隔開溝槽之間，在絕緣柵上，遠(yuǎn)離柱子，形成隔片。
在再一實(shí)施例中，通過執(zhí)行第一離子注入和執(zhí)行第二離子注入，注入離子到襯底中，以形成源區(qū)/漏區(qū)，該第一離子注入將第一離子注入該隔開的柱子之間的襯底中，該第二離子注入在比第一離子注入更高能量和更高密度下執(zhí)行，以將第二離子注入該隔開的柱子之間的襯底中，其中第二離子具有比第一離子更短的擴(kuò)散率。然后在第二源區(qū)/漏區(qū)和柱子之間，執(zhí)行退火，以在柱子底下并與柱子隔開的襯底中形成第二源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第一源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜，以及在柱子底下并遠(yuǎn)離第一源區(qū)/漏區(qū)形成第三源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第三源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜。然后可以在該隔開的柱子之間刻蝕襯底，以形成隔開的溝槽。在該隔開的溝槽中可以形成絕緣層。


圖1是美國專利5,480,838的圖2的再現(xiàn)。
圖2是美國專利6,015,725的圖2的再現(xiàn)。
圖3A-3J是在根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的中間制造步驟過程中，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。
圖4A-4B是在根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的中間制造步驟過程中，根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。
圖5A-5B是在根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的中間制造步驟過程中，根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。
圖6A-6B是在根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的中間制造步驟過程中，根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。
圖7圖形地圖示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直場效應(yīng)晶體管的柵壓與漏電流對(duì)比。
具體實(shí)施例方式
下面將參考附圖更完全地描述本發(fā)明，在該附圖中，示出本發(fā)明的例子實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式體現(xiàn)，不應(yīng)該被認(rèn)為局限于在此闡述的例子實(shí)施例。相反，提供該公開的實(shí)施例是為了本公開將是徹底的和完全的，并將本發(fā)明的范圍完全傳遞給所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員。在圖中，為了清楚可以放大層和區(qū)域的尺寸和相對(duì)尺寸。而且，在此描述和圖示的每個(gè)實(shí)施例也包括其互補(bǔ)導(dǎo)電類型實(shí)施例。相同數(shù)字始終指相同的元件。
應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)一元件或?qū)颖环Q為在另一元件或?qū)印吧稀薄ⅰ斑B接到”和/或“耦合到”另一元件或?qū)訒r(shí)，它可以直接在另一元件或?qū)由?、直接連接或耦合到另一元件或?qū)?，或可以存在插入元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)一元件或?qū)颖环Q為“直接在另一元件或?qū)由稀?、“直接連接到”和/或“直接耦合到”另一元件或?qū)訒r(shí)，不存在插入元件或?qū)?。在此使用的術(shù)語“和/或”可以包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)列項(xiàng)的任意和所有組合。
應(yīng)當(dāng)理解，盡管在此可以使用術(shù)語第一、第二、第三等來描述各個(gè)元件、部件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語可以用來將一個(gè)元件、組件、元件、層和/或部分與另一元件、成分、區(qū)域、層和/或部分相區(qū)分相區(qū)別。例如，在不脫離本發(fā)明的教導(dǎo)的條件下，下面論述的第一元件、部件、區(qū)域、層和/或部分可以被稱為第二元件、部件、區(qū)域、層和/或部分。
為了描述，在此可以使用空間相對(duì)術(shù)語如“在...底下”、“下”、“在...上面、“上”等來描述一個(gè)元件或特征與圖中所示的其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解，該空間相對(duì)術(shù)語是用來包括除圖中描繪的取向之外的使用或工作中器件的不同取向。例如，如果圖中的器件被反轉(zhuǎn)，那么描述為在其他元件或特征“下面”的元件于是將定向在另一元件或特征“上面”。因此，示例術(shù)語“在...下面”可以包括“在...上面”和“在...下面”的取向。該器件可以被另外定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方向)，由此解釋在此使用的空間相對(duì)描述符。
如果第二區(qū)域在第一區(qū)域外面，但是在第一區(qū)域的投影內(nèi)延伸，那么在此使用的第二區(qū)域在第一區(qū)域“底下”。相反，如果第二區(qū)域完全位于第一區(qū)域的投影外面，那么第二區(qū)域不位于第一區(qū)域底下。因此，例如，如果該源區(qū)/漏區(qū)在柱子的投影內(nèi)延伸到襯底中，那么襯底中的源區(qū)/漏區(qū)在遠(yuǎn)離襯底延伸的柱子底下。該源區(qū)/漏區(qū)可以整個(gè)包含在柱子的投影內(nèi)，但是也可以在該投影外面延伸和也可以延伸到柱子本身中。相反，如果源區(qū)/漏區(qū)整個(gè)橫向偏離柱子的投影進(jìn)入襯底中，那么它不被認(rèn)為在柱子底下。而且，術(shù)語“在...底下”也表示一個(gè)層或區(qū)域與另一層或區(qū)域相對(duì)于襯底的關(guān)系，如圖所示。
在此使用的專業(yè)詞匯是僅僅用于描述具體實(shí)施例而不是限制本發(fā)明。如在此使用的單數(shù)術(shù)語“a”，“an”和“the”同樣打算包括復(fù)數(shù)術(shù)語，除非上下文另外清楚地表明。還應(yīng)當(dāng)理解，當(dāng)該說明書中使用術(shù)語“includes”、″comprising″和/或“includes”時(shí)，陳述特征、整體、步驟、操作、元件、和/或部件的存在，但是不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其組群。
在此參考剖面圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，該剖面圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖。因而，可以預(yù)想由于圖例形狀的變化，例如由于制造工藝和/或容差的變化。因此，本發(fā)明的公開例子實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為限于在此所示的區(qū)域的特定形狀，除非在此清楚地限定，而是包括由制造所導(dǎo)致的形狀偏差。例如，圖示為矩形的注入?yún)^(qū)一般地將具有圓滑或彎曲的特征，和/或在其邊緣具有注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)至非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，通過注入形成的掩埋區(qū)可能導(dǎo)致該掩埋區(qū)和通過其進(jìn)行注入的表面之間區(qū)域中發(fā)生某些注入。因此，圖中所示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，且它們的形狀并不用來圖示器件區(qū)域的實(shí)際形狀，以及并不用來限制本發(fā)明的范圍，除非在此清楚地限定。
除非另外限定，在此使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解相同的意思。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語，如在通常使用的詞典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該解釋為具有符合相關(guān)技術(shù)的環(huán)境中的意思，且不被解釋理想化或過度地形式感知，除非在此被清楚地限定。
圖3A-3J是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的制造方法和因此制造的場效應(yīng)晶體管的側(cè)剖面圖。現(xiàn)在參考圖3A，可以使用化學(xué)氣相淀積、熱氧化和/或其他常規(guī)工藝，在襯底100上形成緩沖氧化層105。襯底100可以包括單元素和/或化合物半導(dǎo)體襯底，或可以包括另一襯底上的單元素和/或化合物半導(dǎo)體層，通常稱為絕緣體上的半導(dǎo)體(SOI)技術(shù)，和/或通常用于微電子器件制造的其他襯底。
仍參考圖3A，可以使用化學(xué)氣相淀積和/其他常規(guī)技術(shù)，在緩沖氧化層105上形成掩模層110，常常稱為“硬掩?！?。該掩模層材料110可以具有與緩沖氧化層105不同的刻蝕率。在掩模層110上通過常規(guī)光成像工藝形成光刻膠圖形。
現(xiàn)在參考圖3B，通過刻蝕掩模層110和緩沖層105形成第一溝槽130，以形成如所示的構(gòu)圖掩模層125和構(gòu)圖緩沖層120。還如圖所示，第一溝槽130的刻蝕可以繼續(xù)部分進(jìn)入襯底100中。然后可以除去光刻膠115?？梢允褂闷渌Ｒ?guī)刻蝕技術(shù)。
現(xiàn)在參考圖3C，例如，使用常規(guī)化學(xué)氣相淀積和深刻蝕工藝，在第一溝槽130的壁上形成保護(hù)層135。該保護(hù)層可以包括氧化物和/或氮化物。保護(hù)層135可以有助于形成I-形柱子，如下面將描述。但是，在其他實(shí)施例中，不必使用保護(hù)層135。
現(xiàn)在參考圖3D，使用保護(hù)層135作為刻蝕掩模，刻蝕襯底100，以形成第二溝槽140，該第二溝槽140限定多個(gè)隔開的柱子結(jié)構(gòu)148。其他刻蝕技術(shù)可以被使用。
現(xiàn)在參考圖3E，可以執(zhí)行干法刻蝕和濕法刻蝕(和/或其他常規(guī)技術(shù))的組合，以使柱狀結(jié)構(gòu)148的側(cè)壁的中間部分凹陷，由此形成側(cè)壁的凹陷部分145。由此，形成I-形柱狀結(jié)構(gòu)153，包括鄰近襯底100的基體152、遠(yuǎn)離襯底100的頂部154以及基體152和頂部154之間的中間部分150，該中間部分與基體152和頂部154相比更窄。中間部分150包括凹陷的側(cè)壁145。中間部分150可以限定溝道區(qū)，如下面將詳細(xì)描述。因此，形成I-形柱狀結(jié)構(gòu)153。用于形成I-形柱子的其他技術(shù)也可以被使用。
現(xiàn)在參考圖3F，使用例如，化學(xué)氣相淀積和深刻蝕，在凹陷側(cè)壁145上形成柵絕緣層155。柵絕緣層155可以包括常規(guī)柵介質(zhì)，如二氧化硅和/或高介電常數(shù)材料，如Hf2O3、Al2O3和/或其他材料。諸如熱氧化的其他技術(shù)也可以被使用。
現(xiàn)在參考圖3G，例如通過化學(xué)氣相淀積和深刻蝕和/或使用其他技術(shù)，在柵絕緣層155上形成柵電極160。柵電極160可以包括多晶硅、金屬和/或用于柵電極的其他常規(guī)材料。因此，柵絕緣層155和柵電極160在凹陷的側(cè)壁145上形成絕緣柵。在其凹陷側(cè)壁上具有絕緣柵的柱子由參考數(shù)字170表示。
仍參考圖3G，通過在柱子170之間注入離子，形成第一源區(qū)/漏區(qū)175，如箭頭172所示。在某些實(shí)施例中，使用垂直離子注入，注入N-型離子，以形成輕摻雜(N-)的第一源區(qū)/漏區(qū)175。在另一實(shí)施例中，可以使用傾斜注入。在某些實(shí)施例中，在執(zhí)行第一離子注入172之前，可以在柱子170的側(cè)壁上形成側(cè)壁隔片，然后在離子注入172之后除去。第一源區(qū)/漏區(qū)175可以在柱子170底下延伸，即，在柱子170的投影176內(nèi)延伸。在另一實(shí)施例中，第一源區(qū)/漏區(qū)175可以不在柱子170底下延伸，直到在之后執(zhí)行的退火之后。
現(xiàn)在參考圖3H，在隔開的柱子170之間刻蝕襯底，以形成第三溝槽185。在某些實(shí)施例中，在圖3G中選擇性地形成的側(cè)壁隔片可以用來限定第三溝槽185，第三溝槽185比第二溝槽140更窄，如圖3H所示。其他技術(shù)也可以用來形成第三溝槽185。
然后，如圖3H所示，將離子182注入第三溝槽185中，以在柱子170底下和第一源區(qū)/漏區(qū)175底下的襯底110中形成第二源區(qū)/漏區(qū)180，與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)180被更重?fù)诫s。該第二離子注入182可以以偏斜角進(jìn)行，如圖3H所示，以便與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比，被更重地?fù)诫s的第二源區(qū)/漏區(qū)180可以進(jìn)一步朝著柱子170的中心軸174的方向延伸。通過在比第一離子更高的能量下注入，與第一離子172相比，第二離子182可以被注入更深。在另一實(shí)施例中，可以使用垂直注入和/或不同的能量。
然后可以執(zhí)行退火，以制造圖3H所示的最終源區(qū)/漏區(qū)結(jié)構(gòu)，其中在柱子底下的襯底中設(shè)置第一源區(qū)/漏區(qū)，即，在柱子170的投影176內(nèi)延伸并鄰近絕緣柵155/160。與第一源區(qū)/漏區(qū)(N-)175相比被重?fù)诫s(N+)的第二源區(qū)/漏區(qū)180也被設(shè)置在柱子170底下的襯底100中，并遠(yuǎn)離絕緣柵155/160。如圖3H所示，在某些實(shí)施例中，與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比，第二源區(qū)/漏區(qū)180可以朝著柱子170的中心軸174的方向進(jìn)一步延伸。應(yīng)當(dāng)理解，在另一實(shí)施例中，不必執(zhí)行分開的退火。
現(xiàn)在參考圖3I，使用化學(xué)氣相淀積和深刻蝕和/或其他常規(guī)工藝，在第三溝槽185中形成隔離層190，包括例如二氧化硅。在某些實(shí)施例中，隔離層190填充溝槽185。如圖3I所示，第一和第二源區(qū)/漏區(qū)175，180分別可以在鄰近溝槽隔離層190的襯底100中延伸。
最后，參考圖3J，通過將第三離子206注入被光刻膠200所掩蔽的襯底中，在頂部154中形成源區(qū)/漏區(qū)205(也稱為第四源漏區(qū)205)，可以完成晶體管?？梢允褂萌鐖D所示的垂直注入和/或傾斜注入。在形成源區(qū)/漏區(qū)205之前和/或之后，在第二溝槽140中可以形成字線和/或其他區(qū)域192，也可以使用常規(guī)技術(shù)，通過層間介質(zhì)195填充第二溝槽。
由此，圖3J也圖示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管，包括襯底100、遠(yuǎn)離襯底100延伸的柱子170，該柱子包括鄰近襯底100的基體152、遠(yuǎn)離襯底100的頂部154以及基體152和頂部154之間延伸的側(cè)壁145。在側(cè)壁145上設(shè)置絕緣柵155/160。在柱子170底下并鄰近絕緣柵155/160的襯底100中設(shè)置第一源區(qū)/漏區(qū)175。在柱子170底下并遠(yuǎn)離絕緣柵155/160的襯底100中設(shè)置第二源區(qū)/漏區(qū)180，與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比，第二源區(qū)/漏區(qū)180被重?fù)诫s。
也如圖3J所示，在某些實(shí)施例中，與相鄰的基體152和頂部154相比，柱子170是在基體152和頂部154之間更窄的I-形柱子，以便凹陷的側(cè)壁145限定基體152和頂部154之間的中間部分150，以及絕緣柵包括在中間部分150上延伸的絕緣層155以及遠(yuǎn)離側(cè)壁145的絕緣層155上的柵電極160。在某些實(shí)施例中，基體152和頂部154可以具有相同寬度或它們可以具有不同的寬度。在再一實(shí)施例，在柱子170外面的襯底100中設(shè)置溝槽隔離區(qū)190，以及第一和第二源區(qū)/漏區(qū)175/180在鄰近溝槽隔離區(qū)190的襯底中延伸。而且，在某些實(shí)施例中，與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比，第二源區(qū)/漏區(qū)180可以進(jìn)一步朝著柱子170的中心軸174方向延伸。也如圖3J所示，在某些實(shí)施例中，第一和第二源區(qū)/漏區(qū)175都延伸至中間部分150底下。源區(qū)/漏區(qū)205也可以被設(shè)置在鄰近頂部154的柱子170中。
圖4A和4B是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的制造方法和因此制造的場效應(yīng)晶體管的側(cè)剖面圖。從結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)，該第二實(shí)施例可以制造與圖3A-3J的第一實(shí)施例相同的結(jié)構(gòu)。但是，該制造方法可以不同。
具體，參考圖4A，可以執(zhí)行圖3A-3G的操作。為了簡化，這些操作將不再描述。然后，如圖4A所示，可以在比圖3G的第一注入172更高的能量下，執(zhí)行第二注入220，以在柱子170底下并遠(yuǎn)離絕緣柵155/160的襯底100中形成第二源區(qū)/漏區(qū)205，與第一源區(qū)/漏區(qū)175相比該第二源區(qū)/漏區(qū)205被重?fù)诫s。還應(yīng)當(dāng)理解，可以在圖3G的注入172之前執(zhí)行圖4A的注入220。盡管在其他實(shí)施例中也可以使用傾斜注入，但是也可以使用垂直注入。
然后，參考圖4B，形成第三溝槽210，類似于圖3H中的第三溝槽185的形成。然后可以執(zhí)行退火。然后可以完成晶體管，如圖31和3J所述。
圖5A和5B是根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的制造方法和因此制造的場效應(yīng)晶體管的側(cè)剖面圖。在執(zhí)行圖5A的操作之前，可以執(zhí)行圖3A-3G的操作，由此形成第一輕摻雜(N-)源區(qū)/漏區(qū)175。為了簡化，這些操作將不再描述。
然后，如圖5A所示，例如使用常規(guī)化學(xué)氣相淀積和深刻蝕工藝，在柱子170上形成柵隔片250。柵隔片250可以包括氧化物、氮化物和/或其他常規(guī)隔片材料。其他常規(guī)柵隔片制造技術(shù)可以被使用。
然后，參考圖5B，使用柵隔片250作為掩模形成第三溝槽270，例如，使用常規(guī)干法刻蝕工藝?？梢栽诒鹊谝蛔⑷?72更高的能量和如圖5B所示的偏斜角下執(zhí)行離子的第二注入182，以在第一源區(qū)/漏區(qū)175底下形成被更高度摻雜(N+)的第二源區(qū)/漏區(qū)。在其他實(shí)施例中，可以使用垂直注入。然后可以進(jìn)行選擇性的退火，以形成圖5B所示的最終源區(qū)/漏區(qū)結(jié)構(gòu)。如圖5B所示，在該第三實(shí)施例中，由于通過柵隔片250執(zhí)行和/或以偏斜角執(zhí)行第二注入180，與第二源區(qū)/漏區(qū)280相比，第一源區(qū)/漏區(qū)175朝著柱子170的中心軸174的方向進(jìn)一步延伸。然后可以完成該結(jié)構(gòu)，如圖3I和3J所述。如圖5B所示，在這些實(shí)施例中，第一源區(qū)/漏區(qū)延伸至中間部分150底下，而第二源區(qū)/漏區(qū)280僅僅部分延伸至中間部分150底下。而且，如圖5B所示，在這些實(shí)施例中，溝槽270可以延伸至側(cè)壁隔片250，以便之后形成的溝槽隔離區(qū)190可以從柱子170外面至側(cè)壁隔片250在襯底100中延伸。
最后，圖6A和6B圖示了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的場效應(yīng)晶體管的制造和因此制造的場效應(yīng)晶體管的剖面圖。在執(zhí)行圖6A中的操作之前，可以執(zhí)行圖3A-3G所示的操作。為了簡化，這些操作將不再描述。
然后，如圖6A所示，在比第一離子注入172更高能量和高密度下執(zhí)行第二注入310，以將第二離子注入隔開的柱子170之間的襯底100中，如區(qū)域305所示。在某些實(shí)施例中，第二離子具有比第一離子更短的擴(kuò)散率(diffusivity)。例如，第一離子172可以是磷離子，第二離子310可以是砷離子。如圖6A所示，在某些實(shí)施例中，可以以偏斜角執(zhí)行第二離子注入310，但是，在其他實(shí)施例中，可以使用垂直注入。還應(yīng)當(dāng)理解，執(zhí)行第一和第二離子注入的順序可以相反。
然后，參考圖6B，執(zhí)行退火，以擴(kuò)散第二離子305上面和下面的第一離子175，由此在第二源區(qū)/漏區(qū)310和柱子170之間，在柱子170底下并與柱子170隔開形成第二源區(qū)/漏區(qū)310(N+)，與第二源區(qū)/漏區(qū)310相比，第一源區(qū)/漏區(qū)320被輕摻雜(N-)，在第二源區(qū)/漏區(qū)310底下并遠(yuǎn)離第一源區(qū)/漏區(qū)320形成第三源區(qū)/漏區(qū)315，與第二源區(qū)/漏區(qū)310相比，第三源區(qū)/漏區(qū)315被輕摻雜(N-)。最后，如圖6B所示，可以如上所述刻蝕第三溝槽320。可以如上面結(jié)合圖3J所述完成晶體管。
而且，在某些實(shí)施例中，如圖6B所示，與第一源區(qū)/漏區(qū)和第三源區(qū)/漏區(qū)305和315相比，第二源區(qū)/漏區(qū)310可以朝著柱子170的中心軸174的方向進(jìn)一步延伸。而且，如圖6B所示，在某些實(shí)施例中，第二源區(qū)/漏區(qū)310延伸至柱子170的中間部分150底下，而第一和第三源區(qū)/漏區(qū)305，315僅僅部分延伸至柱子170的中間部分150。
圖7圖形地圖示了用于根據(jù)本發(fā)明某些實(shí)施例的圖6B(I)的垂直場效應(yīng)晶體管和圖3J(II)的垂直的柵壓與漏電流的對(duì)比。如圖7所示，對(duì)于低柵壓值，通過圖3J的實(shí)施例可以獲得漏電流的減少。
如在此描述，本發(fā)明的某些實(shí)施例可以在襯底中設(shè)置在柱子底下延伸的第一和第二源區(qū)/漏區(qū)。與常規(guī)垂直場效應(yīng)晶體管相比，這些延伸的N+和N-源區(qū)/漏區(qū)可以減小柵引起的漏區(qū)泄漏，其中源區(qū)/漏區(qū)的之一或兩者都在柱子外面延伸和不在柱子底下延伸。
在附圖和說明書中，已公開了本發(fā)明的實(shí)施例，盡管采用了專用術(shù)語，它們僅僅用于一般性和描述性的，并非用于限制，本發(fā)明的范圍將在下面的權(quán)利要求中闡述。
權(quán)利要求
1.一種場效應(yīng)晶體管，包括襯底；遠(yuǎn)離襯底延伸的柱子，該柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及在基體和頂部之間延伸的側(cè)壁；該側(cè)壁上的絕緣柵；在柱子底下并鄰近絕緣柵的襯底中的第一源區(qū)/漏區(qū)；以及在柱子底下并遠(yuǎn)離絕緣柵的襯底中的第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)被重?fù)诫s。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其中該柱子是I-形柱子，其在基體和頂部之間比相鄰的基體和頂部更窄，以便該側(cè)壁包括基體和頂部之間的凹陷部分，以及其中該絕緣柵包括在凹陷部分上延伸的絕緣層和遠(yuǎn)離側(cè)壁的絕緣層上的柵電極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，還包括柱子外面的襯底中的溝槽隔離區(qū)，其中第一和第二源區(qū)/漏區(qū)在鄰近溝槽隔離區(qū)的襯底中延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其中與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著柱子的中心軸延伸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，其中與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第一源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著柱子的中心軸延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，還包括在柱子底下和第二源區(qū)/漏區(qū)底下的襯底中的第三源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，該第三源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的場效應(yīng)晶體管，其中與第一和第三源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著柱子的中心軸延伸。
8.根據(jù)權(quán)利要求2的場效應(yīng)晶體管其中第一和第二源區(qū)/漏區(qū)都延伸至凹陷部分底下。
9.根據(jù)權(quán)利要求2的場效應(yīng)晶體管其中第一和第二源區(qū)/漏區(qū)延伸至凹陷部分底下；以及其中第二源區(qū)/漏區(qū)僅僅部分延伸至凹陷部分底下。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的場效應(yīng)晶體管其中第二源區(qū)/漏區(qū)延伸至凹陷部分底下；以及其中第一和第三源區(qū)/漏區(qū)僅僅部分延伸至凹陷部分底下。
11.根據(jù)權(quán)利要求2的場效應(yīng)晶體管，還包括遠(yuǎn)離絕緣層的柵電極上的側(cè)壁隔片。
12.根據(jù)權(quán)利要求3的場效應(yīng)晶體管，還包括側(cè)壁上的側(cè)壁隔片，其中溝槽隔離區(qū)從柱子外面至側(cè)壁隔片在襯底中延伸。
13.根據(jù)權(quán)利要求1的場效應(yīng)晶體管，還包括鄰近頂部的柱子中的第四源區(qū)/漏區(qū)。
14.一種場效應(yīng)晶體管，包括襯底；遠(yuǎn)離襯底延伸的I-形柱子，該I-形柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及在基體和頂部之間的中間部分，該中間部分比基體和頂部更窄；該中間部分上的絕緣柵；以及鄰近基體的襯底中的源區(qū)/漏區(qū)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的場效應(yīng)晶體管，其中該絕緣柵包括中間部分上的絕緣層和遠(yuǎn)離I-型柱子的柵絕緣層上的柵電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的場效應(yīng)晶體管，還包括在I-形柱子外面的襯底中的溝槽隔離區(qū)，以及其中源區(qū)/漏區(qū)在鄰近溝槽隔離區(qū)的襯底中延伸。
17.根據(jù)權(quán)利要求14的場效應(yīng)晶體管，其中該源區(qū)/漏區(qū)包括在I-形柱子底下并鄰近基體的襯底中的第一源區(qū)/漏區(qū)；以及在I-形柱子底下并遠(yuǎn)離基體的襯底中的第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)被重?fù)诫s。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的場效應(yīng)晶體管，其中與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著I-形柱子的中心軸延伸。
19.根據(jù)權(quán)利要求17的場效應(yīng)晶體管，其中與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第一源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著I-形柱子的中心軸延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求14的場效應(yīng)晶體管，其中該源區(qū)/漏區(qū)包括在I-形柱子底下和鄰近基體的襯底中的第一源區(qū)/漏區(qū)；以及在I-形柱子底下并遠(yuǎn)離基體的襯底中的第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)被重?fù)诫s；以及在I-形柱子底下的襯底中并遠(yuǎn)離第一源區(qū)/漏區(qū)的第三源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，該第三源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的場效應(yīng)晶體管，其中與第一和第三源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)進(jìn)一步朝著I-形柱子的中心軸延伸。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的場效應(yīng)晶體管其中第一和第二源區(qū)/漏區(qū)都延伸至中間部分底下。
23.根據(jù)權(quán)利要求17的場效應(yīng)晶體管其中第一源區(qū)/漏區(qū)延伸至該中間部分底下；以及其中第二源區(qū)/漏區(qū)僅僅部分延伸至中間部分底下。
24.根據(jù)權(quán)利要求20的場效應(yīng)晶體管其中第二源區(qū)/漏區(qū)延伸至中間部分底下；以及其中第一和第三源區(qū)/漏區(qū)僅僅部分延伸至中間部分底下。
25.根據(jù)權(quán)利要求15的場效應(yīng)晶體管，還包括在遠(yuǎn)離絕緣層的柵電極上的側(cè)壁隔片。
26.根據(jù)權(quán)利要求14的場效應(yīng)晶體管，還包括鄰近頂部的I-形柱子中的第四源區(qū)/漏區(qū)。
27.一種制造場效應(yīng)晶體管的方法，包括在集成電路襯底中刻蝕多個(gè)隔開的柱子，該柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及基體和頂部之間的中間部分，與基體和頂部相比，該中間部分更窄；在該中間部分上形成絕緣柵；以及離子被注入該隔開的柱子之間的襯底中，以形成源區(qū)/漏區(qū)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中注入之后接著退火，以將所注入的至少一些離子擴(kuò)散到柱子底下。
29.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中該源區(qū)/漏區(qū)是第一源區(qū)/漏區(qū)，該方法還包括刻蝕該隔開的柱子之間的襯底，以形成多個(gè)隔開的溝槽；以及將離子注入溝槽中，以在第一源區(qū)/漏區(qū)底下的襯底中形成第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，該第二源區(qū)/漏區(qū)被更重?fù)诫s。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中相對(duì)于襯底以偏斜角執(zhí)行將離子注入溝槽中，形成第二源區(qū)/漏區(qū)。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中該注入包括執(zhí)行第一離子注入，以將離子注入隔開的柱子之間的襯底中，以形成第一源區(qū)/漏區(qū)；以及在比第一離子注入更高的能量下執(zhí)行第二離子注入，以將離子注入該隔開的柱子之間和在第一源區(qū)/漏區(qū)之下的襯底中，以形成第二源區(qū)/漏區(qū)。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，還包括刻蝕該隔開的柱子之間的襯底，以形成多個(gè)隔開的溝槽。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中以下是在注入離子到該隔開的柱子之間的襯底中以形成第一源區(qū)/漏區(qū)和在刻蝕該隔開的柱子之間的襯底以形成多個(gè)隔開的溝槽之間執(zhí)行的在遠(yuǎn)離柱子的絕緣柵上形成隔片。
34.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，其中該注入包括執(zhí)行第一離子注入，以注入第一離子到該隔開的柱子之間的襯底中；在比第一離子注入更高能量和更高密度下執(zhí)行第二離子注入，以注入第二離子到該隔開的柱子之間的襯底中，其中第二離子具有比第一離子更短的擴(kuò)散率；以及退火，以在第二源區(qū)/漏區(qū)和柱子之間，在柱子底下的襯底中并與柱子隔開形成第二源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，第一源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜，在柱子底下并遠(yuǎn)離第一源區(qū)/漏區(qū)形成第三源區(qū)/漏區(qū)，與第二源區(qū)/漏區(qū)相比，該第三源區(qū)/漏區(qū)被輕摻雜。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的方法，還包括刻蝕該隔開的柱子之間的襯底，以形成多個(gè)隔開的溝槽。
36.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，還包括在該隔開的溝槽中形成絕緣層。
37.根據(jù)權(quán)利要求32的方法，還包括在該隔開的溝槽中形成絕緣層。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，還包括在該隔開的溝槽中形成絕緣層。
39.根據(jù)權(quán)利要求27的方法，還包括在鄰近頂部的柱子中形成源區(qū)/漏區(qū)。
全文摘要
場效應(yīng)晶體管包括襯底和遠(yuǎn)離襯底延伸的柱子。該柱子包括鄰近襯底的基體、遠(yuǎn)離襯底的頂部以及在基體和頂部之間延伸的側(cè)壁。在該側(cè)壁上設(shè)置絕緣柵。在柱子底下并鄰近絕緣柵的襯底中設(shè)置第一源區(qū)/漏區(qū)。在柱子底下并遠(yuǎn)離絕緣柵的襯底中設(shè)置第二源區(qū)/漏區(qū)，與第一源區(qū)/漏區(qū)相比，第二源區(qū)/漏區(qū)被重?fù)诫s。該柱子可以是基體和頂部之間的中間部分與相鄰基體和頂部相比更窄的I－形柱子，以便該側(cè)壁包括基體和頂部之間的凹陷中間部分。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101093855SQ200710112138
公開日2007年12月26日 申請(qǐng)日期2007年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月19日
發(fā)明者孫英雄, 尹在萬, 金奉秀, 徐亨源 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社