[发明专利]包含垂直晶体管的装置及电子系统与相关方法

说明书

本发明公开一种装置，其包括垂直定向的晶体管。所述装置包括：支柱，其包括至少一种氧化物半导体材料，所述支柱在第一横向方向上在其上部分处比在其下部分处更宽；栅极电介质材料，其在所述支柱的侧壁上方且在所述第一横向方向上延伸；及至少一个栅极电极，其邻近于所述栅极电介质材料的至少一部分。还公开相关装置、电子系统及方法。

优先权主张

本申请案主张2018年10月9日针对“包含垂直晶体管的装置及电子系统与相关方法(Devices and Electronic Systems Including Vertical Transistors,and RelatedMethods)”申请的第62/743,089号美国临时专利申请案的申请日期的权利。

技术领域

本公开的实施例涉及半导体装置设计及制造的领域。更具体来说，本公开的实施例涉及形成包含氧化物半导体沟道区域的垂直晶体管的方法，且涉及相关半导体装置及电子系统。

背景技术

制造包含垂直晶体管及垂直存储器单元的半导体装置通常包含使最终将形成包含源极接触件及漏极接触件、沟道区域与栅极电极材料的垂直晶体管的材料彼此堆叠。接着图案化所述堆叠的材料以形成包含材料堆叠的支柱。

垂直晶体管的沟道区域包含意在响应于施加阈值电压而传导电流且在不存在阈值电压的情况下阻碍电流流动的半导体材料。形成沟道区域的半导体材料的支柱可包含例如通过使半导体材料暴露到一或多种蚀刻化学物质来图案化半导体材料。然而，使半导体材料暴露到一或多种蚀刻化学物质可对半导体材料的电及材料性质产生负面影响。例如，使半导体材料暴露到蚀刻化学物质(例如含氢等离子体)可能影响半导体材料的电性质，从而影响电流流动通过由半导体材料形成的沟道材料，且最终影响相关联晶体管的性能。

另外，在图案化个别垂直晶体管之前形成形成垂直晶体管的材料可能不利于定制垂直晶体管的电性质。例如，当垂直晶体管的材料堆叠成堆叠结构时，可能难以针对最优性能定制垂直晶体管的沟道区域的电性质。此外，垂直晶体管的许多常规沟道区域展现高截止电流(I_off)(即，高截止状态泄漏)、低电子载子迁移率及介于垂直晶体管的栅极氧化物材料与沟道区域之间的界面处的散射。

发明内容

在一些实施例中，一种装置包括：至少一个支柱，其包括至少一种氧化物半导体材料，所述至少一个支柱在第一横向方向上在其上部分处比在其下部分处更宽；栅极电介质材料，其邻近于所述至少一个支柱的侧壁且在所述第一横向方向上延伸；及至少一个栅极电极，其邻近于所述栅极电介质材料的至少一部分。

在额外实施例中，一种形成装置的方法包括：在电绝缘材料中形成第一沟槽；在所述第一沟槽内形成牺牲材料；在所述电绝缘材料及所述牺牲材料中形成第二沟槽，所述第二沟槽在与所述第一沟槽不同的方向上横向延伸；在所述第二沟槽内形成栅极电介质材料；邻近于所述栅极电介质材料的至少一部分形成栅极电极材料；用电绝缘材料填充所述第二沟槽的剩余部分；移除所述牺牲材料的剩余部分以形成开口；及在所述开口内形成氧化物半导体材料。

在又额外实施例中，一种形成装置的方法包括：在导电材料上方形成支柱，所述支柱中的每一者包括正交于所述导电材料垂直延伸的牺牲材料；邻近于所述支柱的侧壁形成栅极电介质材料；邻近于所述栅极氧化物材料形成栅极电极材料；移除所述支柱以形成开口；及在所述开口内形成氧化物半导体材料。

在进一步实施例中，一种装置包括：垂直定向的支柱，其在导电线上方，所述垂直定向的支柱包括未经蚀刻的氧化物半导体材料；栅极电介质材料，其邻近于所述垂直定向的支柱；至少一个栅极电极，其邻近于所述栅极电介质材料；及导电接触件，其在所述垂直定向的支柱上方。