[发明专利]垂直纳米线MOS晶体管及其形成方法

权利要求书

1.一种垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底内具有阱区；

在所述阱区内形成第一重掺杂区，所述第一重掺杂区上表面与所述阱区上表面齐平；

在所述半导体衬底上表面形成单晶半导体层；

蚀刻所述单晶半导体层和部分厚度的所述第一重掺杂区，蚀刻后剩余的所述单晶半导体层作为垂直纳米线，蚀刻后剩余的所述第一重掺杂区分为第一子掺杂区和第二子掺杂区，所述第一子掺杂区的横截面与所述垂直纳米线的横截面相同；

在所述半导体衬底上表面、所述阱区上表面、所述第一重掺杂区上表面及所述垂直纳米线侧面形成介质层；

形成金属栅层包围位于所述垂直纳米线侧面的所述介质层；

在形成所述金属栅层之后，对所述垂直纳米线顶部进行重掺杂形成第二重掺杂区。

2.如权利要求1所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述单晶半导体层的厚度范围为10nm～200nm。

3.如权利要求1所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述单晶半导体层为单晶硅层，采用在氢气气氛中分解硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷或四氯化硅的至少其中之一形成。

4.如权利要求1所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述介质层的形成过程包括：在所述半导体衬底上表面、所述阱区上表面及所述第二子掺杂区上表面形成第一层间介质层，所述第一层间介质层上表面低于所述第一子掺杂区上表面，在所述第一层间介质层上表面和所述垂直纳米线侧面形成高K介质层。

5.如权利要求4所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，在形成所述金属栅层后，且在形成所述第二重掺杂区之前，所述形成方法还包括：在所述金属栅层上形成第二层间介质层，所述第二层间介质层与所述垂直纳米线上表面齐平。

6.如权利要求5所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：在所述第二重掺杂区上形成外延层。

7.如权利要求6所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：依次蚀刻位于所述垂直纳米线其中一侧的所述第二层间介质层、金属栅层、高K介质层和第一层间介质层，直至形成暴露所述第二子掺杂区的沟槽。

8.如权利要求7所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：形成第三层间介质层覆盖所述外延层和所述第二层间介质层，并填充满所述沟槽。

9.如权利要求8所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：蚀刻所述第三层间介质层直至形成暴露所述第二子掺杂区的第一凹槽和暴露所述外延层的第二凹槽，并在所述第一凹槽底部形成第一金属硅化物，在所述第二凹槽的底部形成第二金属硅化物，再采用导电材料填充所述第一凹槽形成第一导电插塞，并填充所述第二凹槽形成第二导电插塞。

10.如权利要求9所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述形成方法还包括：在所述第三层间介质层中形成贯穿所述第三层间介质层且连接所述金属栅层的第三导电插塞。

11.如权利要求1所述的垂直纳米线MOS晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二重掺杂区的厚度范围为2nm～20nm。