一种垂直晶体管及制造方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直晶体管及制造方法，涉及晶体管技术领域。用于解决现有的晶体管的尺寸无法进一步减小，集成电路无法容纳更多晶体管的技术问题。方案包括：源极、栅极、漏极和沟道，源极和漏极沿垂直方向间隔设置；源极和漏极之间设置有夹层结构；夹层结构包括栅极、与栅极下表面贴合连接的第一绝缘层和与栅极上表面贴合连接的第二绝缘层，栅极由石墨烯材料制成；沟道包括分别与漏极和源极相连接的第一端和第二端，以及与夹层结构的侧壁相对应的中间部；沟道的中间部与夹层结构的侧壁之间设置有栅介质层。本发明专利技术可以在竖直和水平方向上减小晶体管的尺寸，同时增强晶体管的布局能力，以便集成电路可以容纳更多的晶体管。以便集成电路可以容纳更多的晶体管。以便集成电路可以容纳更多的晶体管。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直晶体管及制造方法


[0001]本专利技术涉及晶体管
，尤其涉及一种垂直晶体管及制造方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，正如著名的摩尔定律(Gordon Moore在1965年提出，核心内容是集成电路上可以容纳的晶体管数目在大约每经过18个月便会增加一倍)所描述的那样，晶体管尺寸需要不断缩小，以满足集成电路单位面积内晶体管数量在逐年时间尺度内呈指数级增长的需求。但是当传统平面器件尺寸微缩到一定工艺节点时，会出现短沟道效应，漏电流大等问题。虽然进一步引入了应变硅技术，HKMG技术，SOI技术，但是当晶体管尺寸微缩到22nm节点时，传统平面晶体管的微缩已经难以为继。当进入22nm节点后，FinFET(鳍式晶体管)以其改进的栅极电势控制取代了平面晶体管。尽管如此，FinFET的缩放也很快就被Fin的宽度和Fin与Fin之间的间距所限制。
[0003]因此，如何进一步减小晶体管的尺寸，以便在集成电路上容纳更多的晶体管，成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种垂直晶体管及制造方法，用于解决现有结构的晶体管的尺寸无法进一步缩小，集成电路无法容纳更多晶体管的问题。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术一方面提供了一种垂直晶体管，包括源极、栅极、漏极和沟道，所述源极和所述漏极沿垂直方向间隔设置；所述源极和所述漏极之间设置有夹层结构；所述夹层结构包括栅极、与所述栅极下表面贴合连接的第一绝缘层和与所述栅极上表面贴合连接的第二绝缘层，所述栅极由石墨烯材料制成；所述沟道包括分别与所述漏极和所述源极相连接的第一端和第二端，以及与所述夹层结构的侧壁相对应的中间部；所述沟道的中间部与所述夹层结构的侧壁之间设置有栅介质层。
[0007]可选地，所述漏极位于所述源极上方；所述源极沿水平方向设置有与所述漏极相错开的连接部；所述沟道呈阶梯形设置，所述沟道的第一端设置在所述漏极的上表面，所述沟道的第二端设置在所述连接部的上表面，所述沟道的中间部设置在所述夹层结构的一侧，所述沟道的中间部与所述夹层结构的侧壁之间设置有栅介质层。
[0008]可选地，所述漏极位于所述源极上方，所述夹层结构设置有垂直贯穿的第一通槽，所述第一通槽内设置有所述沟道，所述沟道为实心柱状结构，所述沟道的外侧壁与所述第一通槽的内侧壁之间设置有所述栅介质层。
[0009]可选地，所述漏极位于所述源极上方，所述沟道设置有垂直贯穿的第二通槽；所述第二通槽内设置有所述夹层结构，所述夹层结构为实心柱状结构，所述夹层结构的外侧壁与所述第二通槽的内侧壁之间设置有所述栅介质层。
[0010]可选地，所述沟道由IGZO制成。
[0011]可选地，所述源极和所述漏极均设置为由钛层和金层组成的双层结构。
[0012]本垂直晶体管具有以下有益效果：相较于现有的平面结构晶体管和鳍式晶体管，本专利技术采用源极与漏极沿垂直方向间隔设置的结构，源极、漏极、栅极以及沟道共用一部分平面空间，使得其平面尺寸变小，同时在此基础上采用石墨烯作栅极，石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，且石墨烯厚度较小，单层石墨烯为1nm，可使得栅极长度微缩至1nm，进而使得沟道长度的减小成为可能，减小了晶体管竖直方向的尺寸。如此，可以在一定平面面积和一定高度下集成更多的晶体管。
[0013]本专利技术在另一方面提供了一种垂直晶体管的制造方法，包括：在衬底上进行光刻、电子束蒸发源极材料并进行剥离以形成源极；
[0014]在所述源极上原子层沉积第一绝缘层；
[0015]在所述第一绝缘层上湿法转移石墨烯并图形化以形成栅极；
[0016]在所述栅极上原子层沉积第二绝缘层，以形成夹层结构；
[0017]在所述夹层结构的基础上形成漏极、沟道、和栅介质层；所述源极和所述漏极沿垂直方向间隔设置，所述沟道包括分别与所述漏极和所述源极相连接的第一端和第二端，以及与所述夹层结构的侧壁相对应的中间部；所述沟道的中间部与所述夹层结构的侧壁之间设置有所述栅介质层。
[0018]可选地，所述沟道呈阶梯形设置，所述沟道的中间部设置在所述夹层结构的一侧，所述在所述夹层结构的基础上形成漏极、沟道、和栅介质层，具体包括：
[0019]在所述第二绝缘层上进行光刻、电子束蒸发漏极材料并进行剥离以形成所述漏极；
[0020]对所述夹层结构进行刻蚀，以使所述源极形成与所述漏极在水平方向上相错开的连接部；
[0021]在所述连接部的上表面、所述夹层结构和所述漏极的边侧原子层积栅介质层材料并刻蚀以形成所述栅介质层；
[0022]在所述连接部的上表面、所述栅介质层的边侧，以及所述漏极的上表面生长沟道材料并图形化以形成所述沟道。
[0023]可选地，所述夹层结构设置有垂直贯穿的第一通槽，所述第一通槽内设置有所述沟道；所述在所述夹层结构的基础上形成漏极、沟道、和栅介质层，具体包括：
[0024]在所述夹层结构上刻蚀出所述第一通槽；
[0025]在所述第一通槽内部、所述源极的上表面原子层沉积栅介质材料并刻蚀以形成所述栅介质层，所述栅介质层为环形结构；
[0026]在所述栅介质层内部、所述源极的上表面磁控溅射沟道材料以形成所述沟道；
[0027]在所述沟道的上表面光刻并电子束蒸发漏极材料以形成所述漏极。
[0028]可选地，所述沟道设置有垂直贯穿的第二通槽，所述第二通槽内设置有所述夹层结构；所述在所述夹层结构的基础上形成漏极、沟道、和栅介质层，具体包括：
[0029]对所述夹层结构进行刻蚀，以使所述源极形成沿水平方向向所述夹层结构外周延伸的空余区；
[0030]在所述空余区上表面、所述夹层结构的外周原子层沉积栅介质材料以形成所述栅介质层；
[0031]在所述空余区上表面、所述栅介质层的外周原子层积沟道材料以形成所述沟道；
[0032]在所述沟道上表面进行光刻、电子束蒸发漏极材料并剥离以形成所述漏极。
[0033]本专利技术提供的垂直晶体管的制造方法具有以下有益效果：可以减小垂直晶体管竖直方向和水平方向的尺寸，同时在制作过程中可以对石墨烯做到有效的保护，防止石墨烯受到破会而影响性能。
附图说明
[0034]此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0035]图1为本专利技术的实施例一中示出的垂直晶体管的结构示意图；
[0036]图2为本专利技术的实施例二中示出的垂直晶体管的结构示意图；
[0037]图3为本专利技术的实施例三中示出的垂直晶体管的结构示意图；
[0038]图4为图3所示的两个垂直晶体管在垂直堆叠时的结构示意图；
[0039]图5为实施例一中示出的垂直晶体管形成过程示意图；
[0040]图6为实施例二中示出的垂直晶体管形成过程示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直晶体管，包括源极、栅极、漏极和沟道，其特征在于，所述源极和所述漏极沿垂直方向间隔设置；所述源极和所述漏极之间设置有夹层结构；所述夹层结构包括栅极、与所述栅极下表面贴合连接的第一绝缘层和与所述栅极上表面贴合连接的第二绝缘层，所述栅极由石墨烯材料制成；所述沟道包括分别与所述漏极和所述源极相连接的第一端和第二端，以及与所述夹层结构的侧壁相对应的中间部；所述沟道的中间部与所述夹层结构的侧壁之间设置有栅介质层。2.根据权利要求1所述的垂直晶体管，其特征在于，所述漏极位于所述源极上方；所述源极沿水平方向设置有与所述漏极相错开的连接部；所述沟道呈阶梯形设置，所述沟道的第一端设置在所述漏极的上表面，所述沟道的第二端设置在所述连接部的上表面，所述沟道的中间部设置在所述夹层结构的一侧，所述沟道的中间部与所述夹层结构的侧壁之间设置有栅介质层。3.根据权利要求1所述的垂直晶体管，其特征在于，所述漏极位于所述源极上方，所述夹层结构设置有垂直贯穿的第一通槽，所述第一通槽内设置有所述沟道，所述沟道为实心柱状结构，所述沟道的外侧壁与所述第一通槽的内侧壁之间设置有所述栅介质层。4.根据权利要求1所述的垂直晶体管，其特征在于，所述漏极位于所述源极上方，所述沟道设置有垂直贯穿的第二通槽；所述第二通槽内设置有所述夹层结构，所述夹层结构为实心柱状结构，所述夹层结构的外侧壁与所述第二通槽的内侧壁之间设置有所述栅介质层。5.根据权利要求1所述的垂直晶体管，其特征在于，所述沟道由IGZO制成。6.根据权利要求1所述的垂直晶体管，其特征在于，所述源极和所述漏极均设置为由钛层和金层组成的双层结构。7.一种垂直晶体管的制造方法，其特征在于，包括：在衬底上进行光刻、电子束蒸发源极材料并进行剥离以形成源极；在所述源极上原子层沉积第一绝缘层；在所述第一绝缘层上湿法转移石墨烯并图形化以形成栅极；在所述栅极上原子层沉积第二绝缘层，以形成夹层结构；在所述夹层结构的基础上形成漏极、沟道、和栅介质层；所述源极和所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李泠，杨冠华，廖福锡，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：