[发明专利]垂直栅极场效晶体管器件及其形成方法

说明书

在一些实施例中，本公开涉及一种具有包括前侧及后侧的半导体衬底的垂直栅极场效晶体管器件。在半导体衬底的前侧上是第一源极/漏极区及第二源极/漏极区。栅极电极配置在半导体衬底的前侧上，且包括水平部分、第一垂直部分及第二垂直部分。水平部分配置在半导体衬底的前侧之上以及第一源极/漏极区与第二源极/漏极区之间。第一垂直部分从半导体衬底的前侧朝半导体衬底的后侧延伸，且接触栅极电极结构的水平部分。第二垂直部分从半导体衬底的前侧朝半导体衬底的后侧延伸，接触栅极电极结构的水平部分，且通过衬底的沟道区而与第一垂直部分分隔开。

技术领域

本发明实施例是涉及垂直栅极场效晶体管器件及其形成方法。

背景技术

在过去几十年里，集成电路(integrated circuit，IC)制造工业经历了指 数级增长。随着集成电路的发展，功能密度(例如，每芯片面积上内连器 件的数目)增加，同时特征大小减小。半导体工业按比例缩小半导体器件 的一个进步是开发出了鳍型场效晶体管(fin field-effect transistor，finFET)。 虽然finFET相对于传统的平面晶体管具有几个优点(例如，功耗降低、特 征大小较小、噪声降低等)，但随之而来的是它们的制造成本较高。因此， 正在研究用于替代finFET的替代选项和/或方法以降低制造成本。

发明内容

在一些实施例中，本公开涉及一种垂直栅极场效晶体管器件，包括： 半导体衬底，包括前侧及后侧；第一源极/漏极区及第二源极/漏极区，位于 所述半导体衬底的所述前侧上；栅极电极结构，配置在所述半导体衬底的 所述前侧之上且包括：水平部分，配置在所述半导体衬底的所述前侧之上 以及所述第一源极/漏极区与所述第二源极/漏极区之间；第一垂直部分，在 第一方向上从所述半导体衬底的所述前侧朝所述半导体衬底的所述后侧延 伸，且接触所述栅极电极结构的所述水平部分；以及第二垂直部分，在所 述第一方向上从所述半导体衬底的所述前侧朝所述半导体衬底的所述后侧 延伸，接触所述栅极电极结构的所述水平部分，且通过所述半导体衬底的 沟道区而与所述第一垂直部分分隔开。

在其他实施例中，本公开涉及一种垂直栅极场效晶体管器件，包括： 半导体衬底，包括前侧及后侧；第一源极/漏极区，设置在所述半导体衬底 中；第二源极/漏极区，设置在所述半导体衬底中且与所述第一源极/漏极区 间隔开；栅极电极结构，配置在所述第一源极/漏极区及所述第二源极/漏极 区之上且包括：水平部分，在所述半导体衬底的所述前侧之上延伸；第一 垂直部分，从所述半导体衬底的所述前侧延伸到低于所述半导体衬底的所述前侧的第一深度；以及第二垂直部分，从所述半导体衬底的所述前侧延 伸到低于所述半导体衬底的所述前侧的第二深度；以及隔离结构，位于所 述半导体衬底中且环绕所述栅极电极结构。

在又一些实施例中，本公开涉及一种垂直栅极场效晶体管器件的形成 方法，包括：在衬底之上形成第一掩蔽结构，其中所述第一掩蔽结构包括 第一开口及第二开口，所述第一开口与所述第二开口相互平行地延伸；移 除所述衬底的直接位于所述第一开口及所述第二开口之下的部分；移除所 述第一掩蔽结构；在所述衬底之上形成栅极介电层；在所述栅极介电层之 上形成栅极电极材料；移除所述栅极电极材料的外侧部分，以形成包括水 平部分、第一垂直部分及第二垂直部分的栅极电极结构；在所述衬底中形 成第一源极/漏极区及第二源极/漏极区；以及形成位于所述衬底内且环绕所 述第一源极/漏极区、所述第二源极/漏极区及所述栅极电极结构的隔离结 构。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注 意，根据本行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论 述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的尺寸。

图1A到图1C示出具有栅极电极结构的集成芯片的一些实施例的各种 视图，所述栅极电极结构包括由水平部分连接的第一垂直部分与第二垂直 部分。

图2A到图2C示出具有栅极电极结构的集成芯片的一些实施例的各种 视图，所述栅极电极结构包括配置在垂直部分之上的水平部分，其中栅极 电极结构的垂直部分是连续地连接的环状结构。