具有增加的电流驱动能力的H形VFET制造技术

提供了用于增加Weff VFET器件的技术。在一个方面，一种形成鳍结构的方法包括：将硬掩模沉积到衬底上；将心轴材料沉积到所述硬掩模上；沿第一方向图案化所述心轴材料以形成第一心轴；在所述第一心轴旁边形成第一间隔物；在第一心轴之间形成第二心轴；沿垂直于所述第一方向的第二方向图案化所述第一心轴/所述第二心轴；在所述第一/第二心轴旁边形成垂直于所述第一间隔物的第二间隔物；选择性地移除所述第一/第二心轴，从而留下由所述第一/第二间隔物形成的阶梯形图案；将所述阶梯形图案转移到所述硬掩模，然后转移到所述衬底。还提供了一种形成VFET器件、VFET鳍结构和VFET器件的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增加的电流驱动能力的H形VFET
本专利技术涉及垂直场效应晶体管(VFET)器件，更具体地，涉及用于在不增加单元面积的情况下增加VFET器件中的有效沟道宽度Weff并由此增强电流驱动能力的技术。
技术介绍
与平面互补金属氧化物半导体(CMOS)器件相反，垂直场效应晶体管(VFET)被定向为具有设置在底部源极和漏极上的垂直鳍沟道以及设置在鳍沟道上的顶部源极和漏极。VFET正被探索作为用于超过7纳米(nm)技术节点的连续CMOS缩放的可行器件选项。然而，存在与缩放设计相关联的一些显著挑战。例如，随着特征尺寸缩小，器件的电流驱动能力可能变差，从而负面地影响器件速度和整体性能。因此，将需要用于增强VFET设计中的电流驱动能力的技术。
技术实现思路
本专利技术提供用于在不增加单元面积的情况下增加垂直场效应晶体管(VFET)装置中的有效沟道宽度Weff且借此增强电流驱动能力的技术。在本专利技术的一个方面，提供了一种形成用于VFET的鳍结构的方法。该方法包括：将硬掩模沉积到衬底上；将心轴材料沉积到所述硬掩模上；沿第一方向图案化所述心轴材料以形成第一心轴；在所述第一心轴旁边形成第一间隔物；用额外的心轴材料填充所述第一心轴之间的间隙以在所述第一心轴之间形成第二心轴；沿第二方向图案化所述第一心轴、所述第一间隔物及所述第二心轴，其中所述第二方向垂直于所述第一方向；在所述第一心轴及所述第二心轴旁边形成垂直于所述第一间隔物的第二间隔物；选择性地移除所述第一心轴及所述第二心轴，从而留下由所述第一间隔物及所述第二间隔物形成的阶梯形图案；将所述阶梯形图案转移到所述硬掩模；以及将所述阶梯形图案从所述硬掩模转移到所述衬底以形成与第二鳍相邻的第一鳍以及将所述第一鳍与所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍。在本专利技术的另一方面，提供了一种形成VFET器件的方法。该方法包括：在衬底中形成鳍结构，所述鳍结构包括与第二鳍相邻的第一鳍以及将所述第一鳍和所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍；在所述鳍结构下方在所述衬底中形成底部源极和漏极；在底部源极和漏极上形成底部间隔物；在底部间隔物之上在鳍结构周围形成栅极；在栅极上方形成顶部间隔物；以及在鳍结构的顶部形成顶部源极和漏极。在本专利技术的又一方面，提供了一种VFET鳍结构。该VFET鳍结构包括：与第二鳍相邻的第一鳍；以及互连第一鳍和第二鳍的至少一个交叉鳍。在本专利技术的又一方面，提供了一种VFET器件。该VFET器件包括：在衬底中图案化的鳍结构，所述鳍结构包括与第二鳍相邻的第一鳍以及将所述第一鳍和所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍；在所述鳍结构下方在所述衬底中的底部源极和漏极；设置在底部源极和漏极上方的底部间隔物；在底部间隔物上方在鳍结构周围的栅极；设置在栅极上方的顶部间隔物；以及在鳍结构的顶部源极和漏极。通过参考以下详细描述和附图，将获得对本专利技术的更完整理解以及本专利技术的进一步特征和优点。附图说明图1是比较具有两个单独的未连接的鳍的设计和根据本专利技术的实施例的具有通过交叉鳍以H形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的自顶向下的图；图2是示出未连接的鳍和根据本专利技术的实施例的互连的鳍的三维图；图3是示出根据本专利技术的实施例的具有通过交叉鳍以O形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的自顶向下的图；图4是示出根据本专利技术的实施例的具有通过交叉鳍以N形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的自顶向下的图；图5是示出根据本专利技术的实施例的起始衬底的自顶向下的图；图6是示出根据本专利技术的实施例已经沉积到衬底上的硬掩模的自顶向下的图；图7是示出根据本专利技术实施例的已经沉积到硬掩模上的心轴材料的自顶向下的图；图8是示出根据本专利技术实施例的已沿第一方向图案化心轴材料以形成第一心轴的自顶向下的图；图9是示出根据本专利技术的实施例已沿第一心轴的侧壁形成的(第一)间隔物的自顶向下的图；图10是示出根据本专利技术的实施例的额外的心轴材料已沉积到衬底上、填充第一心轴之间的间隙、在第一心轴之间形成第二心轴的自顶向下的图；图11是示出根据本专利技术的实施例的已沿垂直于第一方向的第二方向图案化第一心轴、第二心轴及第一间隔物的自顶向下的图；图12是示出根据本专利技术实施例的垂直于第一间隔物并且已沿着第一心轴及第二心轴的侧壁形成的第二间隔物的自顶向下的图；图13是示出根据本专利技术的实施例已针对第一及第二间隔物选择性地移除第一及第二心轴，从而在第一及第二间隔物中留下阶梯形图案的自顶向下的图；图14是示出根据本专利技术实施例的已经从第一和第二间隔物转移到下面的硬掩模然后转移到衬底的阶梯形图案的自顶向下的图；图14A是示出根据本专利技术实施例的已经从第一和第二间隔物转移到下面的硬掩模然后转移到衬底的阶梯形图案的截面图；图15是示出根据本专利技术实施例的已经去除第一和第二间隔物的自顶向下的图；图16是示出根据本专利技术的实施例的已经对阶梯形图案进行切割以形成具有通过交叉鳍以H形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的自顶向下的图；图17是示出根据本专利技术的实施例的具有通过交叉鳍以H形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的三维视图；图18是示出根据本专利技术实施例的已经对阶梯形图案进行切割以形成具有通过交叉鳍以O形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的自顶向下的图；图19是示出根据本专利技术的实施例的具有通过交叉鳍以O形方式互连的两个鳍的本专利技术的鳍设计的三维图；图20A是通过鳍的截面图，示出了根据本专利技术的实施例的已经在鳍下面的衬底中形成底部源极和漏极以及已经在底部源极和漏极上形成底部间隔物；图20B是通过交叉鳍的截面图，示出了根据本专利技术的实施例的已经在交叉鳍下的衬底中形成底部源极和漏极，以及已经在底部源极和漏极上形成底部间隔物；图21A是通过鳍的截面图，示出了根据本专利技术的实施例的已经沉积在鳍上的共形栅极电介质和已经沉积在栅极电介质上的共形栅极导体；图21B是通过交叉鳍的截面图，示出了根据本专利技术的实施例的已经沉积在交叉鳍上的保形栅极电介质和已经沉积在栅极电介质上的保形栅极导体；图22A是根据本专利技术的实施例的贯穿鳍的截面图，示出了已经沉积到栅极导体上的间隙填充电介质，从而掩埋鳍；图22B是根据本专利技术的实施例的穿过交叉鳍的截面图，示出了已经沉积到栅极导体上的间隙填充电介质，从而掩埋交叉鳍；图23A是根据本专利技术的实施例的鳍的截面图，示出了间隙填充电介质已经被凹陷使得间隙填充电介质的顶表面在鳍的顶部之下；图23B是根据本专利技术的实施例的穿过交叉鳍的截面图，示出了已经凹陷的间隙填充电介质，使得间隙填充电介质的顶表面在交叉鳍的顶部之下；图24A是根据本专利技术的实施例的通过鳍的截面图，示出了栅极电电介质和栅极导体已经向下凹陷到(凹陷的)间隙填充电介质，从而暴露鳍的顶部；图24B是根据本专利技术的实施例的穿过交叉鳍的截面图，其示出了栅极电介质和栅极导体已经向下凹陷到(凹陷的)间隙填充电介质，从而暴露了交叉鳍的顶部；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成用于垂直场效应晶体管(VFET)的鳍结构的方法，所述方法包括以下步骤：/n将硬掩模沉积到衬底上；/n将心轴材料沉积到所述硬掩模上；/n沿第一方向图案化所述心轴材料以形成第一心轴；/n在所述第一心轴旁边形成第一间隔物；/n用额外的心轴材料填充所述第一心轴之间的间隙以在所述第一心轴之间形成第二心轴；/n沿第二方向图案化所述第一心轴、所述第一间隔物及所述第二心轴，其中所述第二方向垂直于所述第一方向；/n在所述第一心轴及所述第二心轴旁边形成垂直于所述第一间隔物的第二间隔物；/n选择性地移除所述第一心轴及所述第二心轴，从而留下由所述第一间隔物及所述第二间隔物形成的阶梯形图案；/n将所述阶梯形图案转移到所述硬掩模；以及/n将所述阶梯形图案从所述硬掩模转移到所述衬底以形成邻近于第二鳍的第一鳍，以及使所述第一鳍与所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171114 US 15/812,8071.一种形成用于垂直场效应晶体管(VFET)的鳍结构的方法，所述方法包括以下步骤：
将硬掩模沉积到衬底上；
将心轴材料沉积到所述硬掩模上；
沿第一方向图案化所述心轴材料以形成第一心轴；
在所述第一心轴旁边形成第一间隔物；
用额外的心轴材料填充所述第一心轴之间的间隙以在所述第一心轴之间形成第二心轴；
沿第二方向图案化所述第一心轴、所述第一间隔物及所述第二心轴，其中所述第二方向垂直于所述第一方向；
在所述第一心轴及所述第二心轴旁边形成垂直于所述第一间隔物的第二间隔物；
选择性地移除所述第一心轴及所述第二心轴，从而留下由所述第一间隔物及所述第二间隔物形成的阶梯形图案；
将所述阶梯形图案转移到所述硬掩模；以及
将所述阶梯形图案从所述硬掩模转移到所述衬底以形成邻近于第二鳍的第一鳍，以及使所述第一鳍与所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一心轴及所述第二心轴两者包括选自由以下各者组成的群组的材料：非晶硅、无定形碳、及其组合。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一间隔物及所述第二间隔物两者均包括二氧化硅。


4.如权利要求1所述的方法，其中所述至少一个交叉鳍被定向成与所述第一鳍和所述第二鳍正交，并且在H形鳍结构中在所述第一鳍和所述第二鳍的中心处互连所述第一鳍和所述第二鳍。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底中的所述阶梯形图案包括将所述第一鳍和所述第二鳍互连的多个交叉鳍。


6.如权利要求5所述的方法，其中第一交叉鳍在所述第一鳍和所述第二鳍的一端处互连所述第一鳍和所述第二鳍，并且其中第二交叉鳍在O形鳍结构中在所述第一鳍和所述第二鳍的另一端处互连所述第一鳍和所述第二鳍。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将所述衬底中的所述阶梯形图案切割成单独的鳍结构。


8.一种形成VFET器件的方法，所述方法包括以下步骤：
在衬底中形成鳍结构，所述鳍结构包括与第二鳍相邻的第一鳍以及将所述第一鳍和所述第二鳍互连的至少一个交叉鳍；
在所述鳍结构下方的所述衬底中形成底部源极和漏极；
在底部源极和漏极上形成底部间隔物；
在底部间隔物之上在鳍结构周围形成栅极；
在栅极上方形成顶部间隔物；以及
在所述鳍结构的顶部形成顶部源极和漏极。


9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述鳍结构的步骤包括以下步骤：
将硬掩模沉积到衬底上；
将心轴材料沉积到所述硬掩模上；
沿第一方向图案化所述心轴材料以形成第一心轴；
在所述第一心轴旁边形成第一间隔物；
用额外的心轴材料填充所述第一心轴之间的间隙以在所述第一心轴之间形成第二心轴；
沿第二方向图案化所述第一心轴、所述第一间隔物及所述第二心轴，其中所述第二方向垂直于所述第一方向；
在所述第一心轴及所述第二心轴旁边形成垂直于所述第一间隔物的第二间隔物；
选择性地移除所述第一心轴及所述第二心轴，从而留下由所述第一间隔物及所述第二间隔物形成的阶梯形图案；
将所述阶梯形图案转移到所述硬掩模；以及
将所述阶梯形图案从所述硬掩模转移到所述衬底以形成所述鳍结构。


10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一心轴及所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：张辰，程慷果，山下典洪，苗欣，许文豫，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US