[发明专利]垂直器件结构

说明书

本发明提供了垂直器件结构。本发明涉及具有在源极区和漏极区之间延伸的矩形垂直沟道条的垂直晶体管器件及其相关的形成方法。在一些实施例中，垂直晶体管器件包括设置在半导体衬底上方的源极区。具有一个或多个垂直沟道条的沟道区设置在源极区上方。一个或多个垂直沟道条的底面邻接源极区并且具有矩形形状(即，具有四条边的形状，具有不同长度的相邻边和四个直角)。栅极区位于源极区上方并且位于邻接垂直沟道条的位置处，漏极区设置在栅极区和垂直沟道条上方。垂直沟道条的矩形形状提供了具有更好性能和单元区域密度的垂直器件。

技术领域

本发明一般地设计半导体技术领域，更具体地，涉及垂直晶体管器件及其形成方法。

背景技术

摩尔定律表明集成电路中晶体管的数量大约每两年就会增加一倍。为了实现摩尔定律，集成芯片行业不断降低集成芯片部件的尺寸(即，缩放)。然而，近年来，缩放变得更加困难，这是因为正在接近集成芯片制造过程中所使用材料的物理限制。因此，作为传统缩放的替代选择，半导体行业开始使用替代技术(例如，FinFET)以继续满足摩尔定律。

最近已经出现的传统的硅平面场效应晶体管(FET)的替代选择是纳米线晶体管器件。纳米线晶体管器件将一条或多条纳米线用作源极区和漏极区之间延伸的沟道区。纳米线的直径通常具有十个纳米级或以下，因此，允许形成比使用传统硅技术所能实现的更小的晶体管器件。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的缺陷，提供了一种垂直晶体管器件，包括：源极区，设置在半导体衬底上方；沟道区，包括设置在所述源极区上方的一个或多个垂直沟道条，其中，所述一个或多个垂直沟道条的底面邻接所述源极区并且具有矩形形状；栅极区，位于所述源极区上方，并且位于通过栅极介电层与所述一个或多个垂直沟道条的侧壁间隔开的位置处；以及漏极区，设置在所述栅极区和所述一个或多个垂直沟道条上方。

在该垂直晶体管器件中，所述一个或多个垂直沟道条分别具有两条第一相对边和两条第二相对边，所述两条第一相对边具有长度，所述两条第二相对边具有小于所述长度的宽度；以及其中，所述一个或多个垂直沟道条的两条第一相对边在所述源极区上方定向为平行。

在该垂直晶体管器件中，所述一个或多个垂直沟道条的两条第一相对边在垂直于所述源极区的长度的方向上延伸。

在该垂直晶体管器件中，所述一个或多个垂直沟道条的两条第一相对边在平行于所述源极区的长度的方向上延伸。

在该垂直晶体管器件中，所述一个或多个垂直沟道条的长度大于所述一个或多个垂直沟道条的宽度约两倍至约二十倍之间。

在该垂直晶体管器件中，所述栅极区沿着所述一个或多个垂直沟道条的一部分延伸，所述一个或多个垂直沟道条的一部分通过绝缘材料与所述漏极区垂直分离。

在该垂直晶体管器件中，所述栅极区围绕所述一个或多个垂直沟道条。

在该垂直晶体管器件中，所述栅极区包括具有水平边和垂直边的“L”形结构；以及其中，所述水平边定向为平行于所述源极区的顶面，并且所述垂直边定向为平行于所述一个或多个垂直沟道条的侧壁。

在该垂直晶体管器件中，所述栅极介电层包括设置在所述源极区上方并且邻接所述一个或多个垂直沟道条的侧壁的高k介电材料；其中，所述栅极区包括：栅极功函层，设置在所述栅极介电层上并且配置为影响所述垂直晶体管器件的功函；以及栅极金属层，包括设置在所述栅极功函层上的导电材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种垂直晶体管器件，包括：源极区，设置在半导体衬底上方；沟道区，设置在所述源极区上方；多个垂直沟道条，在所述源极区和所述漏极区之间延伸，其中，所述多个垂直沟道条的底面邻接所述源极区并且具有两条第一相对边和两条第二相对边，所述两条第一相对边具有长度，所述两条第二相对边具有小于所述长度的宽度；以及栅极区，围绕所述多个垂直沟道条，并且位于与所述源极区和所述漏极区垂直地分离的位置处。