场效应管及半导体器件的制造方法技术

本发明专利技术提供了一种场效应管及半导体器件的制造方法，所述场效应管的制造方法包括：形成中空的半导体环柱于一衬底上；形成第一源漏极于所述衬底上；形成第二介电质层于所述第一源漏极上；形成填充在所述半导体环柱内的第一栅极和围绕在所述半导体环柱的外侧的第二栅极；形成第三介电质层于所述栅极层上；形成第二源漏极于所述第三介电质层上；以及，形成分别与所述第一源漏极、所述第二源漏极、所述第一栅极和所述第二栅极电连接的导电接触结构。本发明专利技术提供的技术方案实现了对半导体环柱内的电场的双重控制，使得在场效应管的尺寸缩小的同时，还能提高场效应管的栅控能力和载流子浓度、减小短沟道效应，进而提升半导体器件的性能。

Fabrication of Field Effect Transistors and Semiconductor Devices

【技术实现步骤摘要】
场效应管及半导体器件的制造方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种场效应管及半导体器件的制造方法。
技术介绍
场效应管(FieldEffectTransistor，FET)是一种电压控制型半导体器件，按照摩尔定律，场效应管的尺寸在不断地缩小，到了40nm工艺节点后，平面CMOS器件出现了栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，不能满足产业要求，此时，研发的三维器件鳍式场效应管(FinFET)通过三面栅控提高了栅控能力，减小了短沟道效应。而当半导体发展到7nm工艺节点后，沟道长度缩短到20nm以下，半导体材料输运的量子效应逐渐凸显，势必需要寻找其他途径来改善和消除量子效应带来的不利影响，此时，研发的纳米线场效应管采用围栅包围的方式，最大限度地提高了器件的栅控能力，改善了亚阈值特性。所以，从平面CMOS器件到三维FinFET器件，场效应管的尺寸不断缩小，功耗面积比大大减小，器件性能大大提高，但同时也伴随出现了栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，对器件的性能也产生很大的影响。因此，为了解决伴随场效应管的尺寸的缩小而出现的栅控能力不足、短沟道效应严重等问题，需要一种新的场效应管及半导体器件的制造方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种场效应管及半导体器件的制造方法，使得在场效应管的尺寸缩小的同时，还能提高场效应管的栅控能力和载流子浓度、减小短沟道效应，进而提升半导体器件的性能。为实现上述目的，本专利技术提供了一种场效应管的制造方法，包括：提供一衬底，在所述衬底上形成中空的半导体环柱；形成第一源漏极于所述衬底上，所述第一源漏极围绕在所述半导体环柱外侧并与所述半导体环柱电性相连，且所述第一源漏极的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第二介电质层于所述第一源漏极上，所述第二介电质层围绕在所述半导体环柱外侧并填充在所述半导体环柱内，且所述第二介电质层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成栅极层于所述第二介电质层上，所述栅极层填充在所述半导体环柱内的部分为第一栅极，所述栅极层围绕在所述半导体环柱的外侧的部分为第二栅极，且所述栅极层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第三介电质层于所述栅极层上，所述第三介电质层暴露出所述半导体环柱顶部的部分高度；形成第二源漏极于所述第三介电质层上，所述第二源漏极围绕在所述半导体环柱的顶部外侧并与所述半导体环柱电性相连，所述第二源漏极和所述栅极层通过所述第三介电质层绝缘隔离；以及，形成分别与所述第一源漏极、所述第二源漏极、所述第一栅极和所述第二栅极电连接的导电接触结构，各个所述导电接触结构的顶表面被所述第三介电质层的顶表面暴露出来。可选的，形成所述半导体环柱的步骤包括：先在所述衬底上覆盖牺牲层；然后，对所述牺牲层进行光刻处理或光刻结合刻蚀工艺处理后形成柱状的牺牲层；接着，在所述柱状的牺牲层的侧壁上生长所述半导体环柱的材料；然后，去除所述柱状的牺牲层，以获得中空的所述半导体环柱。可选的，所述第一源漏极不仅围绕在所述半导体环柱外侧，还填充在所述半导体环柱内；形成所述第一源漏极的步骤包括：先形成第一源漏极材料层于所述衬底的顶表面上，所述第一源漏极材料层围绕在所述半导体环柱外侧并填充在所述半导体环柱内；再向所述第一源漏极材料层中掺杂P型或N型的离子，以使得所述半导体环柱的内外两侧的所述第一源漏极材料层转化成所述第一源漏极；或者，当所述衬底为半导体材料时，直接向所述半导体环柱的内外两侧的衬底中掺杂P型或N型的离子，以使得部分厚度的所述衬底转化成所述第一源漏极。可选的，在形成所述第二介电质层于所述第一源漏极上之前或之后，形成第一介电质层于所述半导体环柱的内侧壁和外侧壁上。可选的，形成所述第一介电质层的步骤包括：先对所述半导体环柱的内侧壁和外侧壁进行氧化处理，以形成栅氧层；然后，采用原子层沉积法形成高K介电质材料层于所述栅氧层的内侧壁和外侧壁上，以形成所述第一介电质层。可选的，形成所述栅极层的步骤包括：先形成部分厚度的功函数材料层于所述第一介电质层的侧壁以及所述第二介电质层的顶表面上；然后，形成金属栅极材料层于所述功函数材料层上；接着，回刻蚀所述功函数材料层和所述金属栅极材料层，以使得所述功函数材料层和所述金属栅极材料层的顶表面高度下降至所述半导体环柱的顶表面以下，并同时使得所述功函数材料层和所述金属栅极材料层外侧边界位于所述第二介电质层的边缘以内；或者，形成所述栅极层的步骤包括：先刻蚀所述第二介电质层，以在所述第二介电质层中形成所述第一栅极和所述第二栅极所需的栅极沟槽，所述栅极沟槽包括围绕在所述半导体环柱外侧并暴露出所述半导体环柱外侧的所述第一介电质层的部分，以及，位于所述半导体环柱中并暴露出所述半导体环柱内侧的所述第一介电质层的部分；然后，依次形成功函数材料层以及金属栅极材料层于所述栅极沟槽中。可选的，在形成所述第三介电质层之前，先回刻蚀所述第一介电质层，以暴露出部分高度的所述半导体环柱的侧壁；所述第一介电质层的顶表面齐平于或高于所述栅极层的顶表面。可选的，形成所述第三介电质层的步骤包括：沉积第三介电质层于所述栅极层和所述半导体环柱上，直至沉积的所述第三介电质层覆盖所述半导体环柱；平坦化所述第三介电质层的顶表面至与所述半导体环柱的顶表面齐平；以及，对所述半导体环柱的外侧壁上的所述第三介电质层进行刻蚀，以形成暴露出所述第一介电质层的顶表面及其上方的半导体环柱的侧壁的沟槽；形成所述第二源漏极的步骤包括：填充第二源漏极材料层于所述沟槽中，并向所述第二源漏极材料层以及所述沟槽暴露的所述半导体环柱中掺杂P型或N型的离子，以形成所述第二源漏极，所述第二源漏极包括填充在所述沟槽中的掺杂的所述第二源漏极材料层以及所述沟槽暴露出的掺杂的所述半导体环柱；或者，形成所述第三介电质层的步骤包括：沉积第三介电质层于所述栅极层和所述半导体环柱上，所述第三介电质层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面，以暴露出所述半导体环柱顶部的部分高度；形成所述第二源漏极的步骤包括：首先，覆盖第二源漏极材料层于所述第三介电质层上，所述第二源漏极材料层围绕在所述半导体环柱的外侧并填充在所述半导体环柱内；然后，向所述第二源漏极材料层以及所述半导体环柱的顶部掺杂P型或N型的离子；接着，刻蚀所述半导体环柱内外两侧的所述第二源漏极材料层，以使得所述半导体环柱内的所述第二源漏极材料层全部去除，进而形成所述第二源漏极，所述第二源漏极至少包括掺杂的所述半导体环柱以及围绕在所述半导体环柱外侧的掺杂的所述第二源漏极材料层。可选的，形成各个所述导电接触结构的步骤包括：首先，沉积第四介电质层于所述第三介电质层和所述第二源漏极上；然后，刻蚀相应区域的所述第四介电质层、所述第三介电质层和第二介电质层，以形成第一至第四开口，所述第一开口贯穿所述第一栅极上方的所述第四介电质层和所述第三介电质层并暴露出所述第一栅极的部分顶表面，所述第二开口贯穿所述第二栅极上方的所述第四介电质层和所述第三介电质层并暴露出所述第二栅极的部分顶表面，所述第三开口贯穿所述第一源漏极上方的所述第四介电质层、所述第三介电质层和所述第二介电质层并暴露出所述第一源漏极的部分顶表面，所述第四开口贯穿所述第二源漏极上方的所述第四介电质层并暴露出所述第二源漏极的部分顶表面；接着，向所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种场效应管的制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底，在所述衬底上形成中空的半导体环柱；形成第一源漏极于所述衬底上，所述第一源漏极围绕在所述半导体环柱外侧并与所述半导体环柱电性相连，且所述第一源漏极的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第二介电质层于所述第一源漏极上，所述第二介电质层围绕在所述半导体环柱外侧并填充在所述半导体环柱内，且所述第二介电质层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成栅极层于所述第二介电质层上，所述栅极层填充在所述半导体环柱内的部分为第一栅极，所述栅极层围绕在所述半导体环柱的外侧的部分为第二栅极，且所述栅极层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第三介电质层于所述栅极层上，所述第三介电质层暴露出所述半导体环柱顶部的部分高度；形成第二源漏极于所述第三介电质层上，所述第二源漏极围绕在所述半导体环柱的顶部外侧并与所述半导体环柱电性相连，所述第二源漏极和所述栅极层通过所述第三介电质层绝缘隔离；以及，形成分别与所述第一源漏极、所述第二源漏极、所述第一栅极和所述第二栅极电连接的导电接触结构，各个所述导电接触结构的顶表面被所述第三介电质层的顶表面暴露出来。

【技术特征摘要】
1.一种场效应管的制造方法，其特征在于，包括：提供一衬底，在所述衬底上形成中空的半导体环柱；形成第一源漏极于所述衬底上，所述第一源漏极围绕在所述半导体环柱外侧并与所述半导体环柱电性相连，且所述第一源漏极的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第二介电质层于所述第一源漏极上，所述第二介电质层围绕在所述半导体环柱外侧并填充在所述半导体环柱内，且所述第二介电质层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成栅极层于所述第二介电质层上，所述栅极层填充在所述半导体环柱内的部分为第一栅极，所述栅极层围绕在所述半导体环柱的外侧的部分为第二栅极，且所述栅极层的顶表面低于所述半导体环柱的顶表面；形成第三介电质层于所述栅极层上，所述第三介电质层暴露出所述半导体环柱顶部的部分高度；形成第二源漏极于所述第三介电质层上，所述第二源漏极围绕在所述半导体环柱的顶部外侧并与所述半导体环柱电性相连，所述第二源漏极和所述栅极层通过所述第三介电质层绝缘隔离；以及，形成分别与所述第一源漏极、所述第二源漏极、所述第一栅极和所述第二栅极电连接的导电接触结构，各个所述导电接触结构的顶表面被所述第三介电质层的顶表面暴露出来。2.如权利要求1所述的场效应管的制造方法，其特征在于，形成所述半导体环柱的步骤包括：先在所述衬底上覆盖牺牲层；然后，对所述牺牲层进行光刻处理或光刻结合刻蚀工艺处理后形成柱状的牺牲层；接着，在所述柱状的牺牲层的侧壁上生长所述半导体环柱的材料；然后，去除所述柱状的牺牲层，以获得中空的所述半导体环柱。3.如权利要求1所述的场效应管的制造方法，其特征在于，所述第一源漏极不仅围绕在所述半导体环柱外侧，还填充在所述半导体环柱内；形成所述第一源漏极的步骤包括：先形成第一源漏极材料层于所述衬底的顶表面上，所述第一源漏极材料层围绕在所述半导体环柱外侧并填充在所述半导体环柱内；再向所述第一源漏极材料层中掺杂P型或N型的离子，以使得所述半导体环柱的内外两侧的所述第一源漏极材料层转化成所述第一源漏极；或者，当所述衬底为半导体材料时，直接向所述半导体环柱的内外两侧的衬底中掺杂P型或N型的离子，以使得部分厚度的所述衬底转化成所述第一源漏极。4.如权利要求1所述的场效应管的制造方法，其特征在于，在形成所述第二介电质层于所述第一源漏极上之前或之后，形成第一介电质层于所述半导体环柱的内侧壁和外侧壁上。5.如权利要求4所述的场效应管的制造方法，其特征在于，形成所述第一介电质层的步骤包括：先对所述半导体环柱的内侧壁和外侧壁进行氧化处理，以形成栅氧层；然后，采用原子层沉积法形成高K介电质材料层于所述栅氧层的内侧壁和外侧壁上，以形成所述第一介电质层。6.如权利要求4所述的场效应管的制造方法，其特征在于，形成所述栅极层的步骤包括：先形成部分厚度的功函数材料层于所述第一介电质层的侧壁以及所述第二介电质层的顶表面上；然后，形成金属栅极材料层于所述功函数材料层上；接着，回刻蚀所述功函数材料层和所述金属栅极材料层，以使得所述功函数材料层和所述金属栅极材料层的顶表面高度下降至所述半导体环柱的顶表面以下，并同时使得所述功函数材料层和所述金属栅极材料层外侧边界位于所述第二介电质层的边缘以内；或者，形成所述栅极层的步骤包括：先刻...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚恩明，胡少坚，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31