垂直晶体管及其形成方法与流程

本公开内容涉及半导体器件及其制造方法。

背景技术：

1、晶体管是微型半导体，其调节或控制电流或电压流动，并且还放大和生成这些电信号并用作它们的开关/栅极。晶体管是现代电子设备的基本构建块之一。历史上，晶体管已经被构建为平放在半导体的表面上，其中电流横向地或侧面到侧面地流过它们，从而被称为“平面晶体管”。

技术实现思路

1、在一方面，一种半导体器件包括垂直晶体管、金属位线和衬垫层。所述垂直晶体管包括在第一方向上延伸的半导体主体，以及耦合到所述半导体主体的至少一个侧面的栅极结构。所述栅极结构包括栅极电介质和栅极电极。所述金属位线在正交于所述第一方向的第二方向上延伸并且经由欧姆触点耦合到所述垂直晶体管的端子。所述衬垫层在所述第一方向上位于所述栅极电极和所述金属位线之间。所述栅极电介质和所述衬垫层具有不同的电介质材料。

2、在一些实施方式中，所述衬垫层具有氮化硅或高介电常数(高k)电介质中的至少一种。

3、在一些实施方式中，所述衬垫层包括与所述金属位线接触的第一衬垫层和与所述栅极电极接触的第二衬垫层。在一些实施方式中，所述第一衬垫层和所述第二衬垫层具有不同的电介质材料。

4、在一些实施方式中，所述半导体器件还包括在所述第二方向上位于所述衬垫层和所述半导体主体之间的衬里层。在一些实施方式中，所述栅极电介质和所述衬里层具有相同的材料。

5、在一些实施方式中，所述栅极电介质在所述第二方向上位于所述栅极电极和所述半导体主体之间。

6、在一些实施方式中，所述栅极电极包括栅极导体和围绕所述栅极导体的阻挡层。

7、在一些实施方式中，所述欧姆触点包括金属硅化物触点。

8、在一些实施方式中，所述半导体器件还包括与所述垂直晶体管相对的电介质层，其中，所述金属位线在所述第一方向上位于所述电介质层和所述垂直晶体管之间。

9、在另一方面，一种半导体器件包括垂直晶体管的阵列、位线和衬垫层。所述垂直晶体管中的每个垂直晶体管包括在第一方向上延伸的半导体主体，以及耦合到所述半导体主体的至少一个侧面的栅极结构。所述栅极结构包括栅极电介质和栅极电极。所述位线在正交于所述第一方向的第二方向上延伸，并且在所述第二方向上耦合到一列所述垂直晶体管。所述衬垫层在正交于所述第一方向和所述第二方向的第三方向上延伸，并且在所述第三方向上位于所述位线和一行所述垂直晶体管的所述栅极电极之间。所述衬垫层具有电介质材料。

10、在一些实施方式中，所述衬垫层具有氮化硅或高k电介质中的至少一种。

11、在一些实施方式中，所述衬垫层包括与所述位线接触的第一衬垫层和与所述栅极电极接触的第二衬垫层。在一些实施方式中，所述第一衬垫层和所述第二衬垫层具有不同的电介质材料。

12、在一些实施方式中，在每个垂直晶体管中，所述栅极电介质在所述第二方向上位于所述栅极电极和所述半导体主体之间。

13、在一些实施方式中，所述栅极结构耦合到所述半导体主体的一个侧面。

14、在一些实施方式中，所述一行所述垂直晶体管的所述栅极电极在所述第三方向上是连续的。

15、在一些实施方式中，所述半导体器件还包括沟槽隔离，所述沟槽隔离在所述第三方向上延伸并且在所述第二方向上位于所述垂直晶体管的两个相邻行之间。

16、在一些实施方式中，所述垂直晶体管的所述两个相邻行关于所述沟槽隔离镜像对称。

17、在一些实施方式中，所述栅极结构在所述第二方向上耦合到所述半导体主体的两个相对侧面。

18、在一些实施方式中，所述半导体器件还包括矩形环形字线，所述矩形环形字线围绕所述一行所述垂直晶体管以连接所述一行所述垂直晶体管的所述栅极电极。

19、在又一方面，公开了一种用于形成半导体器件的方法。在衬底上形成在第一方向上延伸的垂直晶体管的半导体主体。在所述半导体主体的第一侧面上形成第一牺牲层。在所述第一牺牲层的侧面上形成第二牺牲层。用所述垂直晶体管的栅极结构替换所述第一牺牲层的至少部分。在用所述垂直晶体管的所述栅极结构替换所述第一牺牲层的所述至少部分之后，用电介质隔离层替换所述第二牺牲层。

20、在一些实施方式中，为了用所述栅极结构替换所述第一牺牲层的所述至少部分，去除所述第一牺牲层的所述至少部分以暴露所述半导体主体的所述第一侧面，在所述半导体主体的所暴露的第一侧面上形成所述栅极结构的栅极电介质，以及在所述栅极电介质的侧面上形成所述栅极结构的栅极电极。

21、在一些实施方式中，为了用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层，去除所述第二牺牲层以暴露所述栅极结构的一个侧面，以及在所述栅极结构的所暴露的侧面上形成所述电介质隔离层。

22、在一些实施方式中，在用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层之后，减薄所述衬底以暴露所述半导体主体的端部，以及形成与所述半导体主体的所暴露的端部相邻并在正交于所述第一方向的第二方向上延伸的位线。

23、在一些实施方式中，为了减薄所述衬底，在替换之后抛光所述衬底，直到被所述第一牺牲层的剩余部分停止。

24、在一些实施方式中，在形成所述第一牺牲层之前，在所述衬底的顶部上形成衬垫层，使得所述第一牺牲层形成在所述衬垫层的顶部上。

25、在一些实施方式中，为了减薄所述衬底，在替换之后抛光所述衬底，直到被所述衬垫层停止。

26、在一些实施方式中，在形成所述位线之前，对所述半导体主体的所暴露的端部进行掺杂以形成所述垂直晶体管的漏极或源极，其中，所述位线耦合到所述漏极或所述源极。

27、在一些实施方式中，为了减薄所述衬底，在所述垂直晶体管上方并且与所述衬底相对地附接载体衬底。

28、在一些实施方式中，在所述半导体主体的与所述第一侧面相对的第二侧面上形成另一第一牺牲层，以及在所述另一第一牺牲层的侧面上形成另一第二牺牲层。在一些实施方式中，为了用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层，用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层以及所述另一第一牺牲层和所述另一第二牺牲层。

29、在一些实施方式中，在所述半导体主体的与所述第一侧面相对的第二侧面上形成另一第一牺牲层，以及在所述另一第一牺牲层的侧面上形成另一第二牺牲层。在一些实施方式中，为了用所述栅极结构替换所述第一牺牲层的所述至少部分，用所述栅极结构替换所述第一牺牲层的所述至少部分和所述另一第一牺牲层的至少部分。在一些实施方式中，为了用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层，用所述电介质隔离层替换所述第二牺牲层和所述另一第二牺牲层。

30、在一些实施方式中，形成位于所述半导体主体中并且在正交于所述第一方向的第三方向上延伸的沟槽隔离。

31、在又一方面，公开了一种用于形成半导体器件的方法。在衬底上形成在第一方向上延伸的垂直晶体管的半导体主体。在所述半导体主体的第一侧面上形成第一牺牲层。在所述第一牺牲层的侧面上形成第二牺牲层。用所述垂直晶体管的栅极结构替换所述第一牺牲层的至少部分和所述第二牺牲层。

32、在一些实施方式中，为了替换，去除所述第一牺牲层的所述至少部分以暴露所述半导体主体的所述第一侧面，去除所述第二牺牲层，在去除所述第二牺牲层之后，在所述半导体主体的所暴露的第一侧面上形成所述栅极结构的栅极电介质，以及在所述栅极电介质的侧面上形成所述栅极结构的栅极电极。

33、在一些实施方式中，在所述半导体主体的与所述第一侧面相对的第二侧面上形成另一第一牺牲层，以及在用所述栅极结构替换所述第一牺牲层的所述至少部分和所述第二牺牲层之前，用电介质隔离层替换所述另一第一牺牲层。

34、在一些实施方式中，为了用所述电介质隔离层替换所述另一第一牺牲层，去除所述另一第一牺牲层以暴露所述半导体主体的所述第二侧面，以及在所述半导体主体的所暴露的第二侧面上形成所述电介质隔离层。

35、在一些实施方式中，在替换之后减薄衬底以暴露所述半导体主体的端部，以及形成与所述半导体主体的所暴露的端部相邻并且在正交于所述第一方向的第二方向上延伸的位线。

36、在一些实施方式中，在形成所述第一牺牲层之前，在所述衬底的顶部上形成衬垫层，其中，所述第一牺牲层形成在所述衬垫层的顶部上。

37、在一些实施方式中，为了减薄衬底，在替换之后抛光所述衬底，直到被所述衬垫层停止。

38、在一些实施方式中，在形成所述位线之前，对所述半导体主体的所暴露的端部进行掺杂以形成所述垂直晶体管的漏极或源极，其中，所述位线耦合到所述漏极或所述源极。

39、在一些实施方式中，为了减薄衬底，在所述垂直晶体管上方并且与所述衬底相对地附接载体衬底。