[发明专利]包含垂直晶体管的装置及相关方法

说明书

一种装置包括包含半导电支柱的垂直晶体管，所述半导电支柱包括源极区域、漏极区域及在所述源极区域与所述漏极区域之间垂直延伸的沟道区域。所述沟道区域包括氧化物半导体材料。所述垂直晶体管进一步包括：至少一个栅极电极，其横向邻近所述半导电支柱；栅极电介质材料，其横向介于所述半导电支柱与所述至少一个栅极电极之间；及空隙空间，其垂直邻近所述栅极电介质材料且横向介于所述至少一个栅极电极与所述半导电支柱的所述源极区域及所述漏极区域中的每一者之间。还揭示相关装置、电子系统及方法。

优先权主张

本申请案主张2018年10月9日以“包含垂直晶体管的半导体装置及相关方法(Semiconductor Devices Including Vertical Transistors,and Related Methods)”申请的序列号为62/743,139的美国临时专利申请案的申请日权益。

技术领域

本发明的实施例涉及半导体装置设计及制造的领域。更明确来说，本文中所揭示的实施例涉及包含具有在半导电支柱与栅极电极之间延伸的大体上无材料的体积的垂直晶体管的半导体装置结构，及相关半导体装置、电子系统及方法。

背景技术

存储器装置通常提供为计算机或其它电子装置中的内部集成电路。存在许多类型的存储器，包含(但不限于)：随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器(SDRAM)、闪存及电阻可变存储器。电阻可变存储器的非限制性实例包含电阻性随机存取存储器(ReRAM)、导电桥随机存取存储器(导电桥RAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、相变材料(PCM)存储器、相变随机存取存储器(PCRAM)、自旋力矩转移随机存取存储器(STTRAM)、基于氧空位的存储器及可编程导体存储器。

存储器装置的典型存储器单元包含至少一个存取装置(例如晶体管)及至少一个存储器存储结构(例如电容器)。半导体装置的现代应用可采用布置于展现存储器单元的行及列的存储器中的海量存储器单元。例如，存储元件可包含电容器(例如，有时被称为“单元电容器”或“存储电容器”)，所述电容器经配置以存储通过所述电容器中的存储电荷定义的逻辑状态(例如，“0”或“1”的二进制值)。晶体管在所属领域中可被称为“存取晶体管”。晶体管常规地包含介于一对源极/漏极区域之间的沟道区域且进一步包含经配置以通过所述沟道区域使所述源极/漏极区域彼此电连接的栅极。所述沟道区域常规地包含半导体材料(例如硅)。

为对电容器充电、放电、读取电容器或对电容器再充电，将晶体管选择性地转变到“接通”状态，其中电流通过晶体管的沟道区域在源极区域与漏极区域之间流动。可将晶体管选择性地转变到“关断”状态，其中大体上停止电流流动。在所述“关断”状态中，需要电容器保持电荷不变。然而，常规挥发性存储器单元的电容器可能会随时间展现电流的放电及经存储电荷的所得损失。因此，即使在未选择存储器单元时的“关断”状态中，电流仍可从电容器流动。

半导体行业的持续目标是增加存储器装置的存储器密度(例如，每存储器裸片的存储器单元的数目)。虽然包含晶体管的存储器单元的存储器装置的占据面积继续按比例缩小以增加存储器密度，但减小存储器单元的一或多个组件的大小可能会对性能产生负面影响。例如，对于包含由常规半导体材料(例如，硅、多晶硅)形成的沟道区域的常规晶体管，减小所述沟道区域与栅极电极之间的栅极电介质材料的厚度可最初减小所述晶体管的关断电流(I_OFF)，但达到所述栅极电介质材料的最小厚度的限制，在所述限制下，关断电流归因于常规半导体材料的带间穿隧及相对较低带隙而开始非所要地增加。因此，在按比例缩小发生且晶体管结构的大小减小时，将需要不会对性能(例如切换速度)产生负面影响的用于制造密集堆积的存储器单元的改进技术。

揭示内容