[发明专利]垂直沟道场效应晶体管及制备方法

说明书

技术领域：本发明涉及一种半导体器件，尤其是一种具有垂直沟道结构的场效应晶体管，本发明还涉及它的制备方法。

背景技术：不断缩小器件的尺寸、提高集成度以获得更好的性能是集成电路技术追求的目标和发展的动力。集成电路中最基本的单元是金属一氧化物一半导体场效应晶体管(MOSFET)。传统的MOSFET技术是平面的结构，器件的源端(source)、栅(gate)和漏端(drain)在一个水平的方向上。垂直沟道(vertical channel)技术提供了一种新的实现小尺寸MOSFET的方法。和传统的平面MOSFET相比，它的源端、栅和漏端在一个垂直的平面上，是一种立体的结构。这种结构可以提高集成度高，其工艺和平面MOSFET技术也完全兼容。垂直沟道器件还有一个非常显著的优点是，它的沟道长度是由硅台刻蚀、离子注入或者外延来决定的，而不象传统的平面MOSFET那样是通过光刻来定义的，因而无须借助于复杂的光刻手段就可以很容易的实现短沟道器件的制作。垂直沟道器件被学术界和工业界认为是继平面MOSFET之后的最有潜力的新型器件之一。目前，日本、德国和美国在这方面研究的比较多，技术上也保持领先。

目前已经提出了许多种垂直沟道器件的加工工艺和结构。从工艺上来分可将其分为两类，一类以硅台的刻蚀和离子注入的形式形成沟道，另一类是通过外延的技术依次形成源、栅、漏端。从结构上来分则可分为环栅(surround gate)和双栅(double gate)两种。

文献Takato，H.etal.Electron Devices，IEEE Transactions on，Volume：38 Issue：3，March 1991.Page(s)：573-578.和文献Schulz，.T etal.Electron Devices Meeting，2000.IEDM Technical Digest.International，2000 Page(s)：61-64.分别介绍了典型的硅台技术的环栅和双栅垂直沟道器件。它们都是通过刻蚀硅台和离子注入形成的沟道，栅电极环绕硅台的四周或在硅台的两个侧边上，形成环栅或者双栅。

它们的器件结构和工艺都比较简单，在硅台直径比较小的时候有很好的器件特性。但是沟道的长度不容易控制，而且当硅台直径较大时会有较严重的短沟道效应。

文献Risch，L.et al.IEEE Transactions on，Volume：43 Issue：9，Sept.1996Page(s)：1495-1498.和文献Klaes，D.et.al.Thin Solid Films Volume：336，Issue：1-2，December 30，1998，pp.306-308.中介绍的是典型的外延技术的垂直沟道器件。它们共同的特点是源、栅、漏端都是通过外延形成的，由于外延技术可以很好的控制外延层的厚度，因而就可以比较精确的控制沟道的长度。但该技术比较复杂，对设备和工艺条件要求严格。

由于垂直沟道MOSFET器件的工作原理以及特性和平面MOSFET器件几乎相同，因此当MOSFET的特征尺寸进入到深亚微米以后，由漏端强电场引起的漏致势垒降低(DIBL)效应、热载流子效应，以及源、漏耗尽层的穿通等问题在垂直沟道MOSFET器件中也同样存在。这些问题严重影响了器件的性能，有时甚至会使器件失效。上述文献中的结构中都没有采用有效的手段来抑制这些问题，虽然在文献Mori，K.etal.Electron Devices，IEEE Transactions on，Volume：49 Issue：1，Jan.2002 Page(s)：61-66.中介绍了采用低搀杂漏(LDD)结构的器件，能有效的减小热载流子效应，但是DIBL效应并没有得到抑制。

发明内容：本发明的目的就是提供一种短沟道的垂直MOSFET，有效地降低了器件中漏端的电场，提高了源端的电场，抑制了热载流子效应和DIBL效应，以及制备这种垂直沟道MOSFET的方法。

本发明的垂直沟道MOSFET在现有垂直沟道场效应晶体管的漏端增加LDD结构，在源端形成Halo结构；即，对于n型管，在漏端与沟道之间增加一个n^-区，在源端与沟道之间增加一个p⁺区；对于p型管，在漏端与沟道之间增加一个p^-区，在源端与沟道之间增加一个n⁺区。

制备方法包括下列步骤：