垂直纳米线晶体管及其形成方法技术

一种垂直纳米线晶体管及其形成方法。其中的形成方法包括：提供衬底，所述衬底的表面具有多个沟道柱，所述多个沟道柱均垂直于所述衬底表面，所述多个沟道柱中具有若干第一沟道柱和若干第二沟道柱，所述第一沟道柱和第二沟道柱用于形成第一导电类型的晶体管，所述第一沟道柱内具有第一沟道区，且所述第二沟道柱内具有第二沟道区；在所述第一沟道柱的第一沟道区的侧壁表面形成第一栅介质层；在所述第二沟道柱的第二沟道区的侧壁表面形成第二栅介质层；在所述第一栅介质层表面形成第一功函数结构；在所述第二栅介质层表面形成第二功函数结构，且所述第二功函数结构的功函数与第一功函数结构的功函数不同。所形成的垂直纳米线晶体管具有多阈值电压。

Vertical nanowire transistors and their formation methods

【技术实现步骤摘要】
垂直纳米线晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种垂直纳米线晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着半导体制造技术的飞速发展，半导体器件朝着更高的元件密度，以及更高的集成度的方向发展。晶体管作为最基本的半导体器件目前正被广泛应用，因此随着半导体器件的元件密度和集成度的提高，平面晶体管的栅极尺寸也越来越短，传统的平面晶体管对沟道电流的控制能力变弱，产生短沟道效应，产生漏电流，最终影响半导体器件的电学性能。为了克服晶体管的短沟道效应，抑制漏电流，现有技术提出一种垂直纳米线晶体管，例如全包围栅垂直纳米线晶体管。全包围栅纳米线晶体管能够较好地抑制短沟道效应，相较于二维平面晶体管来说具有更高的集成度，且因其全包围栅结构能够有效地抑制拐角效应，使得栅极具有较佳的控制能力，栅电极可以更好地从多个方向对沟道区形成静电控制。然而，对于垂直纳米线晶体管来说，形成多阈值电压晶体管的难度增大。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种垂直纳米线晶体管及其形成方法，用于形成具有多阈值电压的垂直纳米线晶体管。为解决上述问题，本专利技术提供一种垂直纳米线晶体管的形成方法，包括：提供衬底，所述衬底的表面具有多个沟道柱，所述多个沟道柱均垂直于所述衬底表面，所述多个沟道柱中具有若干第一沟道柱和若干第二沟道柱，所述第一沟道柱和第二沟道柱用于形成第一导电类型的晶体管，所述第一沟道柱内具有第一沟道区，且所述第二沟道柱内具有第二沟道区；在所述第一沟道柱的第一沟道区的侧壁表面形成第一栅介质层；在所述第二沟道柱的第二沟道区的侧壁表面形成第二栅介质层；在所述第一栅介质层表面形成第一功函数结构；在所述第二栅介质层表面形成第二功函数结构，且所述第二功函数结构的功函数与第一功函数结构的功函数不同；在所述第一功函数结构表面形成第一栅极层；在所述第二功函数结构表面形成第二栅极层。可选的，所述第一导电类型晶体管为P型晶体管；所述第一沟道柱用于形成第一P型晶体管；所述第二沟道柱用于形成第二P型晶体管，所述第二P型晶体管的阈值电压大于第一P型晶体管的阈值电压。可选的，所述第一功函数结构包括：第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第二功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层；所述第一功函数层的材料为P型功函数材料；所述第二功函数层的材料为P型功函数材料。可选的，所述第一功函数层的材料与第二功函数层的材料相同或不同；所述第一功函数层的材料为TiN或TaN；所述第二功函数层的材料为TiN或TaN。可选的，所述第一功函数层的厚度为8埃～12埃；所述第二功函数层的厚度为13埃～18埃。可选的，当所述第二功函数层的材料为TiN时，所述第二功函数层的厚度每增大10埃，所述第二P型晶体管的阈值电压较第一P型晶体管的阈值电压增大80毫伏～120毫伏。可选的，所述第一功函数结构和第二功函数结构均为单层结构，所述第一功函数结构和第二功函数结构的材料相同，且第一功函数结构的厚度大于第二功函数结构的厚度；所述第一功函数结构和第二功函数结构的材料为TiN或TaN。可选的，当所述第一功函数结构的材料和第二功函数结构的材料为TiN时，所述第二功函数结构的厚度较所述第一功函数结构的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压降低80毫伏～120毫伏。可选的，所述多个沟道柱中还具有若干第三沟道柱和若干第四沟道柱，所述第三沟道柱和第四沟道柱用于形成第二导电类型的晶体管，所述第三沟道柱内具有第三沟道区，且所述第四沟道柱内具有第四沟道区；所述形成方法还包括：在所述第三沟道柱的第三沟道区的侧壁表面形成第三栅介质层；在所述第四沟道柱的第四沟道区的侧壁表面形成第四栅介质层；在所述第三栅介质层表面形成第三功函数结构；在所述第四栅介质层表面形成第四功函数结构，且所述第四功函数结构的功函数与第三功函数结构的功函数不同；在所述第三功函数结构表面形成第三栅极层；在所述第四功函数结构表面形成第四栅极层。可选的，所述第二导电类型晶体管为N型晶体管；所述第三沟道柱用于形成第一N型晶体管；所述第四沟道柱用于形成第二N型晶体管，所述第二N型晶体管的阈值电压大于第一N型晶体管的阈值电压。可选的，所述第四功函数结构包括：第三功函数层；所述第三功函数层的材料为P型功函数层材料。可选的，所述第一功函数结构包括：第一功函数层、位于第一功函数层表面的第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第三功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第三功函数层；所述第一功函数层的材料为P型功函数材料；所述第二功函数层的材料为P型功函数材料。可选的，所述第三功函数层的材料为TiN或TaN；所述第三功函数层的厚度为8埃～12埃。可选的，当所述第三功函数层的材料为TiN时，所述第三功函数层的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压增大18毫伏～22毫伏。可选的，所述第三功函数结构包括：第四功函数层；所述第四功函数结构包括：位于所述第三功函数层表面的第四功函数层；所述第四功函数层的材料为N型功函数材料；所述N型功函数材料包括TiAl。可选的，所述第一导电类型晶体管为N型晶体管；所述第一沟道柱用于形成第一N型晶体管；所述第二沟道柱用于形成第二N型晶体管，所述第二N型晶体管的阈值电压大于第一N型晶体管的阈值电压。可选的，所述第一功函数结构包括：第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第二功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层。所述第一功函数层的材料为N型功函数材料；所述第二功函数层的材料为N型功函数材料。可选的，所述第一功函数层的材料为TiAl；所述第二功函数层的材料为TiAl；所述第一功函数层的厚度为8埃～12埃；所述第二功函数层的厚度为13埃～18埃。可选的，当所述第二功函数层的材料为TiAl时，所述第二功函数层的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压增大80毫伏～120毫伏。可选的，所述多个沟道柱中还具有若干第三沟道柱和若干第四沟道柱，所述第三沟道柱和第四沟道柱用于形成第二导电类型的晶体管，所述第三沟道柱内具有第三沟道区，且所述第四沟道柱内具有第四沟道区；所述形成方法还包括：在所述第三沟道柱的第三沟道区的侧壁表面形成第三栅介质层；在所述第四沟道柱的第四沟道区的侧壁表面形成第四栅介质层；在所述第三栅介质层表面形成第三功函数结构；在所述第四栅介质层表面形成第四功函数结构，且所述第四功函数结构的功函数与第三功函数结构的功函数不同；在所述第三功函数结构表面形成第三栅极层；在所述第四功函数结构表面形成第四栅极层。可选的，所述第二导电类型晶体管为P型晶体管；所述第三沟道柱用于形成第一P型晶体管；所述第四沟道柱用于形成第二P型晶体管，所述第二P型晶体管的阈值电压与第一P型晶体管的阈值电压不同。可选的，在形成所述第三栅介质层和第四栅介质层之前，还包括：在所述第三沟道柱内和第四沟道柱内分别形成第三掺杂区，所述第三掺杂区分别位于所述第三沟道区底部和第四沟道区底部；在所述第三沟道柱内和第四沟道柱内分别形成第四掺杂区，所述第四掺杂区分别位于所述第三沟道区顶部和第四沟道区顶部，所述第三掺杂区和第四掺杂区的导电类型相同。可选的，在形成所述第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底的表面具有多个沟道柱，所述多个沟道柱均垂直于所述衬底表面，所述多个沟道柱中具有若干第一沟道柱和若干第二沟道柱，所述第一沟道柱和第二沟道柱用于形成第一导电类型的晶体管，所述第一沟道柱内具有第一沟道区，且所述第二沟道柱内具有第二沟道区；在所述第一沟道柱的第一沟道区的侧壁表面形成第一栅介质层；在所述第二沟道柱的第二沟道区的侧壁表面形成第二栅介质层；在所述第一栅介质层表面形成第一功函数结构；在所述第二栅介质层表面形成第二功函数结构，且所述第二功函数结构的功函数与第一功函数结构的功函数不同；在所述第一功函数结构表面形成第一栅极层；在所述第二功函数结构表面形成第二栅极层。

【技术特征摘要】
1.一种垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底的表面具有多个沟道柱，所述多个沟道柱均垂直于所述衬底表面，所述多个沟道柱中具有若干第一沟道柱和若干第二沟道柱，所述第一沟道柱和第二沟道柱用于形成第一导电类型的晶体管，所述第一沟道柱内具有第一沟道区，且所述第二沟道柱内具有第二沟道区；在所述第一沟道柱的第一沟道区的侧壁表面形成第一栅介质层；在所述第二沟道柱的第二沟道区的侧壁表面形成第二栅介质层；在所述第一栅介质层表面形成第一功函数结构；在所述第二栅介质层表面形成第二功函数结构，且所述第二功函数结构的功函数与第一功函数结构的功函数不同；在所述第一功函数结构表面形成第一栅极层；在所述第二功函数结构表面形成第二栅极层。2.如权利要求1所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一导电类型晶体管为P型晶体管；所述第一沟道柱用于形成第一P型晶体管；所述第二沟道柱用于形成第二P型晶体管，所述第二P型晶体管的阈值电压大于第一P型晶体管的阈值电压。3.如权利要求2所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数结构包括：第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第二功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层；所述第一功函数层的材料为P型功函数材料；所述第二功函数层的材料为P型功函数材料。4.如权利要求3所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的材料与第二功函数层的材料相同或不同；所述第一功函数层的材料为TiN或TaN；所述第二功函数层的材料为TiN或TaN。5.如权利要求3或4所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的厚度为8埃～12埃；所述第二功函数层的厚度为13埃～18埃。6.如权利要求4所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，当所述第二功函数层的材料为TiN时，所述第二功函数层的厚度每增大10埃，所述第二P型晶体管的阈值电压较第一P型晶体管的阈值电压增大80毫伏～120毫伏。7.如权利要求2所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数结构和第二功函数结构均为单层结构，所述第一功函数结构和第二功函数结构的材料相同，且第一功函数结构的厚度大于第二功函数结构的厚度；所述第一功函数结构和第二功函数结构的材料为TiN或TaN。8.如权利要求7所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，当所述第一功函数结构的材料和第二功函数结构的材料为TiN时，所述第二功函数结构的厚度较所述第一功函数结构的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压降低80毫伏～120毫伏。9.如权利要求2所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述多个沟道柱中还具有若干第三沟道柱和若干第四沟道柱，所述第三沟道柱和第四沟道柱用于形成第二导电类型的晶体管，所述第三沟道柱内具有第三沟道区，且所述第四沟道柱内具有第四沟道区；所述形成方法还包括：在所述第三沟道柱的第三沟道区的侧壁表面形成第三栅介质层；在所述第四沟道柱的第四沟道区的侧壁表面形成第四栅介质层；在所述第三栅介质层表面形成第三功函数结构；在所述第四栅介质层表面形成第四功函数结构，且所述第四功函数结构的功函数与第三功函数结构的功函数不同；在所述第三功函数结构表面形成第三栅极层；在所述第四功函数结构表面形成第四栅极层。10.如权利要求9所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二导电类型晶体管为N型晶体管；所述第三沟道柱用于形成第一N型晶体管；所述第四沟道柱用于形成第二N型晶体管，所述第二N型晶体管的阈值电压大于第一N型晶体管的阈值电压。11.如权利要求10所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第四功函数结构包括：第三功函数层；所述第三功函数层的材料为P型功函数层材料。12.如权利要求11所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数结构包括：第一功函数层、位于第一功函数层表面的第二功函数层以及位于第二功函数层表面的第三功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第三功函数层；所述第一功函数层的材料为P型功函数材料；所述第二功函数层的材料为P型功函数材料。13.如权利要求11或12所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第三功函数层的材料为TiN或TaN；所述第三功函数层的厚度为8埃～12埃。14.如权利要求13所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，当所述第三功函数层的材料为TiN时，所述第三功函数层的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压增大18毫伏～22毫伏。15.如权利要求11所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第三功函数结构包括：第四功函数层；所述第四功函数结构包括：位于所述第三功函数层表面的第四功函数层；所述第四功函数层的材料为N型功函数材料；所述N型功函数材料包括TiAl。16.如权利要求1所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一导电类型晶体管为N型晶体管；所述第一沟道柱用于形成第一N型晶体管；所述第二沟道柱用于形成第二N型晶体管，所述第二N型晶体管的阈值电压大于第一N型晶体管的阈值电压。17.如权利要求16所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数结构包括：第一功函数层以及位于第一功函数层表面的第二功函数层；所述第二功函数结构包括第一功函数层。所述第一功函数层的材料为N型功函数材料；所述第二功函数层的材料为N型功函数材料。18.如权利要求17所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一功函数层的材料为TiAl；所述第二功函数层的材料为TiAl；所述第一功函数层的厚度为8埃～12埃；所述第二功函数层的厚度为13埃～18埃。19.如权利要求18所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，当所述第二功函数层的材料为TiAl时，所述第二功函数层的厚度每增大10埃，所述第二N型晶体管的阈值电压较第一N型晶体管的阈值电压增大80毫伏～120毫伏。20.如权利要求16所述的垂直纳米线晶体管的形成方法，其特征在于，所述多个沟道柱中还具有若干第三沟道柱和若干第四沟道柱，所述第三沟道柱和第四沟道柱用于形成第二导电类型的晶体管，所述第三沟道柱内具有第三沟道区，且所述第四沟道柱内具有第四沟道区；所述形成方法还包括：在所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周华，
申请(专利权)人：芯盟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33