简体标题:具有用于内存单元之绝缘体上硅隔离之晶体管环绕闸极结构,内存数组,内存设备及系统及其形成方法 TRANSISTOR SURROUND GATE STRUCTURE WITH SILICON-ON-INSULATOR ISOLATION FOR MEMORY CELLS, MEMORY ARRAYS, MEMORY DEVICES AND SYSTEMS AND METHODS OF FORMING SAME
摘要:
本發明揭示一種呈現低接觸電阻之新式的高密度直立鰭式場效電晶體元件。這些直立鰭式場效電晶體元件具有可當作電晶體本體的直立矽「鰭片」。摻雜源極及汲極區係分別形成於鰭片的底部及頂部。閘極係沿著鰭片的側壁形成。當對閘極施加適當偏壓時,電流直立流動通過在源極及汲極區間的鰭片。本發明同時揭示一種用於形成pFET、nFET、多鰭、單鰭、多閘極及雙重閘極直立鰭式場效電晶體的整合程序。 A new class of high-density, Vertical Fin-FET devices that exhibit low contact resistance is described. These vertical Fin-FET devices have vertical silicon “fins” that act as the transistor body. Doped source and drain regions are formed at the bottoms and tops, respectively, of the fins. Gates are formed along sidewalls of the fins. Current flows vertically through the fins between the source and drain regions when an appropriate bias is applied to the gates. An integrated process for forming pFET, nFET, multi-fin, single-fin, multi-gate and double-gate vertical Fin-FETs simultaneously is described. 【創作特點】 本發明技術係藉由可作為電晶體本體的直立矽「鰭片」,以產生具有低接觸電阻的高密度直立鰭式場效電晶體元件。摻雜源極及汲極區係分別形成於鰭片的底部及頂部。閘極結構則沿著鰭片的側壁形成,跨越源極及汲極區之間的直立距離並以薄型閘極絕緣體和鰭片隔開。在對閘極施加適當偏壓時,電流直立流動通過源極及汲極區之間的通道區。使用選擇性摻雜,很容易即可在同一基板上形成本發明之nFET及pFET形式的直立鰭式場效電晶體元件。基板較佳為SOI(矽覆絕緣體)晶圓,不過也可以採用任何合適的基板或其中具有形成於絕緣層上之矽層的部分(如,埋入氧化層,「BOX」)。 本發明直立鰭式場效電晶體元件之基本結構的特徵為:配置在絕緣層上的至少一直立半導體鰭片。摻雜源極及汲極區係形成於鰭片的底部及頂部部分,閘極導體則沿著至少一半導體鰭片的直立側壁配置。閘極導體和鰭片以薄型閘極絕緣體隔開。 根據本發明的一方面,閘極導體跨越鰭片之源極區及汲極區之間的直立距離。由於閘極導體係配置在鰭片的兩側上,因此直立鰭式場效電晶體實質上是雙閘極元件。在對閘極導體施加適當偏壓的電壓時,通道形成於和各閘極相鄰的源極及汲極區之間,和單一閘極元件相比,可有效建立平行通道及提高直立鰭式場效電晶體的載流量。 一般說來,源極導體可接觸鰭片兩側上的源極區。可採用源極接觸(通常是金屬)連接至源極導體,採用汲極接觸連接至汲極區,及採用閘極接觸連接至閘極導體。 根據本發明的一方面,可以分開或共有的方式進行閘極連接。提供連接至鰭片相對側上閘極導體之分開的閘極接觸可產生多閘極直立鰭式場效電晶體,藉此可分開控制各閘極。連接至和單一閘極接觸並聯之鰭片相對側上的閘極導體可產生具有增強之驅動能力的雙重閘極直立鰭式場效電晶體。 根據本發明的另一方面,只有在直立鰭式場效電晶體的「單一源極」形式中,源極接觸可連接至鰭片之一側上的源極導體。 藉由建立多個鰭片及將其並聯,使源極導體全部連接一起、汲極區全部連接一起及閘極導體全部連接一起,即可形成多鰭形式的直立鰭式場效電晶體。或者,可連接閘極,致使在以下之處提供閘極接觸:一個閘極接觸連接至各鰭片之一側上的所有閘極導體,及另一個閘極接觸連接至各鰭片之另一側上的所有閘極導體。 根據本發明的另一方面,「寬汲極」形式可提高汲極接觸電阻。在此形式中,會「加寬」汲極接觸以橫向延伸超過鰭片。 藉由選擇性摻雜,即可在同一基板上建立nFET及pFET元件。對於nFET元件,源極區、汲極區、閘極導體、及源極導體均為n+摻雜。對於pFET元件,源極區、汲極區、閘極導體、及源極導體均為p+摻雜。 可建立任何數量的pFET及/或nFET元件,及可使用和單鰭元件的相同程序步驟建立多鰭元件。這允許使用實質上相同的程序步驟,在單一基板上形成單鰭及/或多鰭pFET及/或nFET元件的任何組合。這些元件可以屬於互補式金氧半導體電路或非互補式電路的一部分,也可以屬於大型積體電路元件的一部分。 一個形成直立鰭式場效電晶體元件的合適方法可總結為一系列的處理步驟如下:(1)提供具有配置在絕緣層上之半導體層的半導體基板;(2)藉由蝕刻形成通過半導體層直到絕緣層的平行溝渠,在絕緣層的頂部上形成直立半導體鰭片;(3)在溝渠的底部選擇性沉積摻雜源極導體,使摻雜導體接觸鰭片的底部部分;(4)在摻雜導體上形成源極絕緣體;(5)沿著溝渠的側壁形成閘極絕緣體;(6)以熱驅動摻雜導體的摻雜物至鰭片的底部部分以建立源極區;(7)沿著鰭片的直立側壁形成與鰭片以閘極絕緣體隔開的閘極導體;(8)摻雜鰭片的頂部部分,以在其中形成汲極區;(9)沿著溝渠、鰭片及閘極導體上暴露的側壁形成側壁隔離物;(10)回蝕源極絕緣體以暴露底下的摻雜源極導體;(11)在源極及閘極導體暴露的部分中形成矽化物;(12)以一氧化溝渠填充物填充溝渠並平坦化;(13)藉由選擇性蝕刻、金屬填充、及化學機械拋光的鑲嵌程序,形成金屬源極、汲極及閘極接觸。
简体摘要:本发明揭示一种呈现低接触电阻之新式的高密度直立鳍式场效应管组件。这些直立鳍式场效应管组件具有可当作晶体管本体的直立硅“鳍片”。掺杂源极及汲极区系分别形成于鳍片的底部及顶部。闸极系沿着鳍片的侧壁形成。当对闸极施加适当偏压时,电流直立流动通过在源极及汲极区间的鳍片。本发明同时揭示一种用于形成pFET、nFET、多鳍、单鳍、多闸极及双重闸极直立鳍式场效应管的集成进程。 A new class of high-density, Vertical Fin-FET devices that exhibit low contact resistance is described. These vertical Fin-FET devices have vertical silicon “fins” that act as the transistor body. Doped source and drain regions are formed at the bottoms and tops, respectively, of the fins. Gates are formed along sidewalls of the fins. Current flows vertically through the fins between the source and drain regions when an appropriate bias is applied to the gates. An integrated process for forming pFET, nFET, multi-fin, single-fin, multi-gate and double-gate vertical Fin-FETs simultaneously is described. 【创作特点】 本发明技术系借由可作为晶体管本体的直立硅“鳍片”,以产生具有低接触电阻的高密度直立鳍式场效应管组件。掺杂源极及汲极区系分别形成于鳍片的底部及顶部。闸极结构则沿着鳍片的侧壁形成,跨越源极及汲极区之间的直立距离并以薄型闸极绝缘体和鳍片隔开。在对闸极施加适当偏压时,电流直立流动通过源极及汲极区之间的信道区。使用选择性掺杂,很容易即可在同一基板上形成本发明之nFET及pFET形式的直立鳍式场效应管组件。基板较佳为SOI(硅覆绝缘体)晶圆,不过也可以采用任何合适的基板或其中具有形成于绝缘层上之硅层的部分(如,埋入氧化层,“BOX”)。
本发明直立鳍式场效应管组件之基本结构的特征为:配置在绝缘层上的至少一直立半导体鳍片。掺杂源极及汲极区系形成于鳍片的底部及顶部部分,闸极导体则沿着至少一半导体鳍片的直立侧壁配置。闸极导体和鳍片以薄型闸极绝缘体隔开。
根据本发明的一方面,闸极导体跨越鳍片之源极区及汲极区之间的直立距离。由于闸极导体系配置在鳍片的两侧上,因此直立鳍式场效应管实质上是双闸极组件。在对闸极导体施加适当偏压的电压时,信道形成于和各闸极相邻的源极及汲极区之间,和单一闸极组件相比,可有效创建平行信道及提高直立鳍式场效应管的载流量。
一般说来,源极导体可接触鳍片两侧上的源极区。可采用源极接触(通常是金属)连接至源极导体,采用汲极接触连接至汲极区,及采用闸极接触连接至闸极导体。
根据本发明的一方面,可以分开或共有的方式进行闸极连接。提供连接至鳍片相对侧上闸极导体之分开的闸极接触可产生多闸极直立鳍式场效应管,借此可分开控制各闸极。连接至和单一闸极接触并联之鳍片相对侧上的闸极导体可产生具有增强之驱动能力的双重闸极直立鳍式场效应管。
根据本发明的另一方面,只有在直立鳍式场效应管的“单一源极”形式中,源极接触可连接至鳍片之一侧上的源极导体。
借由创建多个鳍片及将其并联,使源极导体全部连接一起、汲极区全部连接一起及闸极导体全部连接一起,即可形成多鳍形式的直立鳍式场效应管。或者,可连接闸极,致使在以下之处提供闸极接触:一个闸极接触连接至各鳍片之一侧上的所有闸极导体,及另一个闸极接触连接至各鳍片之另一侧上的所有闸极导体。
根据本发明的另一方面,“宽汲极”形式可提高汲极接触电阻。在此形式中,会“加宽”汲极接触以横向延伸超过鳍片。
借由选择性掺杂,即可在同一基板上创建nFET及pFET组件。对于nFET组件,源极区、汲极区、闸极导体、及源极导体均为n+掺杂。对于pFET组件,源极区、汲极区、闸极导体、及源极导体均为p+掺杂。
可创建任何数量的pFET及/或nFET组件,及可使用和单鳍组件的相同进程步骤创建多鳍组件。这允许使用实质上相同的进程步骤,在单一基板上形成单鳍及/或多鳍pFET及/或nFET组件的任何组合。这些组件可以属于互补式金属氧化物半导体电路或非互补式电路的一部分,也可以属于大型集成电路组件的一部分。
一个形成直立鳍式场效应管组件的合适方法可总结为一系列的处理步骤如下:(1)提供具有配置在绝缘层上之半导体层的半导体基板;(2)借由蚀刻形成通过半导体层直到绝缘层的平行沟渠,在绝缘层的顶部上形成直立半导体鳍片;(3)在沟渠的底部选择性沉积掺杂源极导体,使掺杂导体接触鳍片的底部部分;(4)在掺杂导体上形成源极绝缘体;(5)沿着沟渠的侧壁形成闸极绝缘体;(6)以热驱动掺杂导体的掺杂物至鳍片的底部部分以创建源极区;(7)沿着鳍片的直立侧壁形成与鳍片以闸极绝缘体隔开的闸极导体;(8)掺杂鳍片的顶部部分,以在其中形成汲极区;(9)沿着沟渠、鳍片及闸极导体上暴露的侧壁形成侧壁隔离物;(10)回蚀源极绝缘体以暴露底下的掺杂源极导体;(11)在源极及闸极导体暴露的部分中形成硅化物;(12)以一氧化沟渠填充物填充沟渠并平坦化;(13)借由选择性蚀刻、金属填充、及化学机械抛光的镶嵌进程,形成金属源极、汲极及闸极接触。