垂直鳍式场效晶体管及其制造方法与具有其的半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种垂直鳍式场效晶体管(V‑FinFET)及其制造方法与具有其的半导体装置如下。衬底具有下部源极/漏极(S/D)。鳍式结构从下部源极/漏极的上表面垂直地延伸。鳍式结构包含具有上侧壁部分、下侧壁部分以及位于其间的中心侧壁部分的侧壁。上部S/D安置于鳍式结构的上表面上。上部间隔物安置于上侧壁部分上。下部间隔物安置于下侧壁部分上。包含栅氧化物层以及第一栅电极的堆叠结构安置于下部间隔物的上表面、中心侧壁部分以及上部间隔物的下表面上。第二栅电极安置于第一栅电极上。所述垂直鳍式场效晶体管可减小泄漏电流。

【技术实现步骤摘要】
垂直鳍式场效晶体管及其制造方法与具有其的半导体装置相关申请案的交叉参考本申请案主张于2016年6月16日在美国专利商标局申请的美国临时专利申请案第62/351,010号及于2016年10月11日在美国专利商标局申请的美国非临时专利申请案第15/290,456号的权益，所述申请案的公开内容在此以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术概念涉及垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)，具有V-FinFET的半导体装置以及制造所述V-FinFET的方法。
技术介绍
晶体管一直是平面的。随着晶体管的缩小(shrink)，泄漏电流增大，耗尽电池组并且加热半导体芯片。为了减小泄漏电流，已经提出各种晶体管结构。
技术实现思路
根据本专利技术概念的示范性实施例，提供一种垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)如下。衬底具有下部源极/漏极(S/D)。鳍式结构从下部S/D的上表面垂直地延伸。鳍式结构包含具有上侧壁部分、下侧壁部分以及定位于其间的中心侧壁部分的侧壁。上部S/D安置于鳍式结构的上表面上。上部间隔物安置于上侧壁部分上。下部间隔物安置于下侧壁部分上。包含栅氧化物层以及第一栅电极的堆叠结构安置于下部间隔物的上表面、中心侧壁部分以及上部间隔物的下表面上。第二栅电极安置于第一栅电极上。根据本专利技术概念的示范性实施例，提供一种半导体装置如下。半导体装置包含第一垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)。第一V-FinFET包含具有下部源极/漏极(S/D)的衬底以及安置于下部S/D的上表面上的第一鳍式结构。第一鳍式结构包含具有下侧壁部分、上侧壁部分以及定位于其间的中心侧壁部分的侧壁。第一V-FinFET还包含安置于第一鳍式结构的上表面上的上部S/D、安置于下侧壁部分上的下部间隔物以及安置于上侧壁部分上的上部间隔物。上部间隔物包含第一侧壁以及第二侧壁，上部间隔物的第一侧壁与上侧壁部分接触。第一V-FinFET还包含堆叠结构，所述堆叠结构包含栅氧化物层以及第一栅电极。堆叠结构插入于上部间隔物与下部间隔物之间。堆叠结构的第一侧壁与第一鳍式结构的侧壁相接触。堆叠结构的第二侧壁与上部间隔物的第二侧壁垂直对准。根据本专利技术概念的示范性实施例，提供制造垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)的方法如下。下部S/D形成于衬底中。初级堆叠结构形成于衬底上。初级堆叠结构包含堆叠于彼此上的初级下部间隔物层、牺牲层以及初级上部间隔物层。穿过初级堆叠结构的第一沟槽经形成以暴露下部S/D。鳍式结构形成于第一沟槽中且形成于下部S/D上。上部S/D形成于鳍式结构以及初级堆叠结构上。鳍式结构从下部S/D外延生长(epitaxiallygrown)。附图说明通过参考本专利技术概念的附图详细描述其示范性实施例，本专利技术概念的这些以及其它特征将变得更加显而易见：图1绘示根据本专利技术概念的示范性实施例的包含垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)的半导体装置的横截面图；图1A绘示根据本专利技术概念的示范性实施例的包含垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)的半导体装置的横截面图；图2绘示根据本专利技术概念的示范性实施例的制造图1的V-FinFET以及图1A的V-FinFET的流程图；图3至16绘示根据图2的流程图所形成的图1的V-FinFET的横截面图；图11A绘示根据图2的步骤S190所形成的图1的V-FinFET的横截面图；图12A至13A绘示根据图2的流程图的图1A的V-FinFET的横截面图；图17为具有根据本专利技术概念的示范性实施例所制造的V-FinFET的半导体模块；图18为根据本专利技术概念的示范性实施例的具有V-FinFET的电子系统的框图；图19为具有根据本专利技术概念的示范性实施例所制造的V-FinFET的电子系统的框图。应了解，为了说明的简单和清晰起见，图中说明的元件未必按比例绘制。举例来说，为了清楚起见，可相对于其它元件夸大一些元件的尺寸。另外，在认为适当时已在图式中重复参考标号以指示对应或类似元件。虽然可能未能示出一些横截面图的对应平面图和/或透视图，但是本文中所说明的的装置结构的横截面图提供对于沿着两个不同方向(如将在平面图中所说明)和/或在三个不同方向上(如将在透视图中所说明)延伸的多个装置结构的支持。两个不同方向可或可不相互正交。三个不同方向可包含可与两个不同方向正交的第三方向。多个装置结构可集成于同一电子装置中。举例来说，当以横截面图说明装置结构(例如，存储器单元结构或晶体管结构)时，电子装置可包含多个装置结构(例如，存储器单元结构或晶体管结构)，如将由电子装置的平面图说明。多个装置结构可布置成阵列和/或二维图案。附图标号说明100、100'：半导体装置100A、100B：垂直鳍式场效晶体管；110：衬底；120：下部源极/漏极；130：上部源极/漏极；140：下部间隔物；140P：初级下部间隔物层；140-S1、150-S1：第一侧壁；140-S2、150-S2：第二侧壁；150：上部间隔物；150P：初级上部间隔物层；160、160'：鳍式结构；160-S：侧壁；170：栅氧化物层；170P：初级栅氧化物层；180：第一栅电极；180P：初级第一栅电极；190：第二栅电极；190P：初级第二栅电极层；190-P：部分；200：衬里；200'：第一保持衬里；200"：第二保持衬里；210、210'：罩盖层；220A、220B：接触电极；300：绝缘层；500：半导体模块；510：半导体模块衬底；520：微处理器；530：半导体装置；540：输入/输出终端；600：电子系统；610：主体；620：微处理器单元；630：电源供应器；640：功能单元；650：显示控制器单元；660：显示单元；670：外部装置；680：有线或无线通信单元；700：电子系统；712：存储器系统；714：微处理器；716：随机存取存储器；718：用户界面；720：总线；H1：高度；P150：初级上部间隔物；PSL：经图案化牺牲层；PSS：初级堆叠结构；RTR：凹陷沟槽；RTR-G、TR3-G：间隙；S100、S110、S120、S130、S140、S150、S160、S170、S180、S190、S200、S210、S220、S230、S240、S250：步骤；SL：牺牲层；SS：堆叠结构；SS'：堆叠结构；TR1：第一沟槽；TR2：第二沟槽；TR3、TR3'：第三沟槽；TSL：厚度。具体实施方式下文将参考附图来详细描述本专利技术概念的示范性实施例。然而，本专利技术概念可以不同形式实施，并且不应被解释为受限于本文所阐述的实施例。还将理解，当元件被称作在另一元件或衬底“上”时，其可直接地在另一元件或衬底上，或也可以存在介入层。还将理解，当元件被称作“耦接”到另一元件或“连接”到另一元件时，其可直接耦接到另一元件或连接到另一元件，或者也可以存在介入元件。图1绘示根据本专利技术概念的示范性实施例的包含第一垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)100A以及第二垂直鳍式场效晶体管(V-FinFET)100B的半导体装置100的横截面图。第一V-FinFET100A和第二V-FinFET100B可为N型晶体管或P型晶体管。举例来说，第一V-FinFET100A和第二V-FinFET100B具有相同类型的半导体或不同类型的半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，包括：衬底，其具有下部源极/漏极；鳍式结构，其从所述下部源极/漏极的上表面垂直地延伸，其中所述鳍式结构包含具有上侧壁部分、下侧壁部分以及定位于其间的中心侧壁部分的侧壁；上部源极/漏极，其安置于所述鳍式结构的上表面上；上部间隔物，其安置于所述上侧壁部分上；下部间隔物，其安置于所述下侧壁部分上；堆叠结构，其包含栅氧化物层和第一栅电极，其中所述堆叠结构安置于所述下部间隔物的上表面、所述中心侧壁部分以及所述上部间隔物的下表面上；以及第二栅电极，其安置于所述第一栅电极上。

【技术特征摘要】
2016.06.16 US 62/351,010;2016.10.11 US 15/290,4561.一种垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，包括：衬底，其具有下部源极/漏极；鳍式结构，其从所述下部源极/漏极的上表面垂直地延伸，其中所述鳍式结构包含具有上侧壁部分、下侧壁部分以及定位于其间的中心侧壁部分的侧壁；上部源极/漏极，其安置于所述鳍式结构的上表面上；上部间隔物，其安置于所述上侧壁部分上；下部间隔物，其安置于所述下侧壁部分上；堆叠结构，其包含栅氧化物层和第一栅电极，其中所述堆叠结构安置于所述下部间隔物的上表面、所述中心侧壁部分以及所述上部间隔物的下表面上；以及第二栅电极，其安置于所述第一栅电极上。2.根据权利要求1所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述栅氧化物层与所述鳍式结构的所述中心侧壁部分相接触，以及所述下部间隔物与所述下侧壁部分相接触且插入所述下部源极/漏极与所述栅氧化物层之间。3.根据权利要求1所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述上部间隔物与所述上侧壁部分相接触且插入所述上部源极/漏极与所述栅氧化物层之间。4.根据权利要求1所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述第一栅电极为C形以使得所述第一栅电极接收所述第二栅电极的一部分，以及所述第二栅电极的所述部分突出到C形的所述第一栅电极中。5.根据权利要求4所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述栅氧化物层为C形以使得所述栅氧化物层插入于C形的所述第一栅电极与所述中心侧壁部分之间、C形的所述第一栅电极与所述上部间隔物之间以及C形的所述第一栅电极与所述下部间隔物之间。6.根据权利要求5所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述堆叠结构还包含所述第二栅电极的所述部分，以及所述堆叠结构插入于所述上部间隔物与所述下部间隔物之间。7.根据权利要求5所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述上部间隔物和所述下部间隔物由包含氮化硅的相同的材料形成。8.根据权利要求1所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，还包含：罩盖层，其遮盖所述上部源极/漏极；以及上部源极/漏极接触电极，其穿过所述罩盖层以使得所述上部源极/漏极接触电极电连接到所述上部源极/漏极。9.根据权利要求8所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，还包含：栅极接触电极，其安置于所述第二栅电极上，其中所述栅极接触电极与所述罩盖层相接触。10.根据权利要求1所述的垂直鳍式场效晶体管，其特征在于，所述第一栅电极包含氮化钛、氮化钽或碳化钛铝。11.一种半导体装置，其特征在于，包括：第一垂直鳍式场效晶体管，其中所述第一垂直鳍式场效晶体管包含：衬底，其具有下部源极/漏极；第一鳍式结构，其安置于所述下部源极/漏极的上表面上，其中所述第一鳍式结构包含具有下侧壁部分、上侧壁部分以及定位于其间的中心侧壁部分的侧壁；上部源极/漏极，其安置于所述第一鳍式结构的上表面上；下部间隔物，其安置于所述下侧壁部分上；第一上部间隔物...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑修然，姜明吉，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR