多層場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，公開了一種多層場效應(yīng)晶體管及其制造方法。本發(fā)明中，將N個(gè)場效應(yīng)晶體管采用上下堆疊的方式形成，能夠在不增加芯片表面積的情況下，提高集成電路場效應(yīng)晶體管的集成度，符合半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的趨勢，能夠?qū)α慨a(chǎn)起著較為重要的推動作用。
【專利說明】多層場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，特別涉及一種多層場效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體技術(shù)隨著摩爾定律而迅速發(fā)展，集成電路上的晶體管數(shù)量在不斷增加。因此需要將半導(dǎo)體器件的特征尺寸持續(xù)減小，才能夠增加晶體管的集成度。
[0003]通常，集成電路均是先通過前段(FEOL)工藝形成半導(dǎo)體器件之后，再通過后段(BEOL)工藝形成互連結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件相連，并引出，從而獲得相應(yīng)的集成電路。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，所有的半導(dǎo)體器件通常排布在同一平面，例如所有的柵極均是采用同一工藝形成，并且均處于同一平面，之后再堆疊形成介質(zhì)層及互連結(jié)構(gòu)。為了提高集成度，通常只是降低半導(dǎo)體器件的特征尺寸，減少半導(dǎo)體器件所占用的平面面積，盡管減少半導(dǎo)體特征尺寸能夠在一定程度內(nèi)提高集成度，然而，半導(dǎo)體特征尺寸也不能夠無限減小。此夕卜，半導(dǎo)體尺寸的減小對于工藝挑戰(zhàn)也越來越大，帶來的制造成本越來越高，并不利量產(chǎn)。因此，如何在不增加工藝難度的情況下，提高半導(dǎo)體器件的集成度是本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種多層場效應(yīng)晶體管及其制造方法，使得場效應(yīng)晶體管能夠形成多層，從而在不增加工藝難度的情況下，提高集成度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一種多層場效應(yīng)晶體管，包括:N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管，第N-1個(gè)場效應(yīng)晶體管和第N個(gè)場效應(yīng)晶體管之間由第M-1層介質(zhì)層隔離開，在所述第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成有第M層介質(zhì)層，其中，N、M均為大于或等于2的整數(shù)。
[0007]本發(fā)明實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，將N個(gè)場效應(yīng)晶體管采用上下堆疊的方式形成，能夠在不增加芯片表面積的情況下，提高集成電路場效應(yīng)晶體管的集成度，符合半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的趨勢，能夠?qū)α慨a(chǎn)起著較為重要的推動作用。
[0008]進(jìn)一步的，在本發(fā)明所述的多層場效應(yīng)晶體管中，還包括多個(gè)通孔連線，所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)均通過所述通孔連線引出至所述第M層介質(zhì)層的表面。
[0009]進(jìn)一步的，在本發(fā)明所述的多層場效應(yīng)晶體管中，N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管、肖特基場效應(yīng)晶體管或無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管中的一種或多種堆疊而成。
[0010]另外，形成的多層場效應(yīng)晶體管可以根據(jù)不同的工藝需要形成不同的場效應(yīng)晶體管，可以采用一種場效應(yīng)晶體管堆疊而成或多種場效應(yīng)晶體管堆疊而成，以滿足不同集成電路的需要，其中，無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管具有關(guān)態(tài)漏電小，有效克服短溝道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，肖特基場效應(yīng)晶體管具有較小的接觸電阻，能夠增加驅(qū)動電流，提高器件反應(yīng)速度。
[0011]本發(fā)明的實(shí)施方式還提供了一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法，包括以下步驟:
[0012]步驟S1:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一個(gè)場效應(yīng)晶體管；
[0013]步驟S2:在所述半導(dǎo)體襯底和第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的表面形成第一層介質(zhì)層；
[0014]步驟S3:在所述第一層介質(zhì)層的表面形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管；
[0015]步驟S4:在所述第一層介質(zhì)層及第二個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第二層介質(zhì)層；
[0016]步驟S5:依次循環(huán)，直至在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管，并在第M-1層介質(zhì)層及第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第M層介質(zhì)層。
[0017]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管包括如下步驟:
[0018]在所述第M-1層介質(zhì)層上形成第N-1層半導(dǎo)體薄膜；
[0019]刻蝕所述第N-1層半導(dǎo)體薄膜，暴露出位于所述第N-1個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)上的第M-1層介質(zhì)層；
[0020]在所述第N-1層半導(dǎo)體薄膜上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管。
[0021]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，在第M層介質(zhì)層之后，還包括步驟:
[0022]依次刻蝕第M層介質(zhì)層至第一層介質(zhì)層，形成多個(gè)通孔，所述通孔分別暴露出所述第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)；
[0023]在所述通孔中形成通孔連線，所述通孔連線與暴露出的第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)相連。
[0024]本發(fā)明實(shí)施方式相對于現(xiàn)有技術(shù)而言，先形成第一個(gè)場效應(yīng)晶體管，再形成第一層介質(zhì)層，接著在第二層介質(zhì)層上形成第一層半導(dǎo)體薄膜，在第一層半導(dǎo)體薄膜上第二個(gè)場效應(yīng)晶體管位于第一個(gè)場效應(yīng)晶體管之上，再形成第二層介質(zhì)層覆蓋第二個(gè)場效應(yīng)晶體管，依次循環(huán)，直至形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管和覆蓋其之上的第M層介質(zhì)層，接著刻蝕介質(zhì)層，形成暴露出所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)的通孔，再形成通孔連線，將所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)引出，從而可以獲得集成度較高的集成電路。
[0025]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述第一層半導(dǎo)體薄膜至第M-1層半導(dǎo)體薄膜均通過鍵合及減薄工藝形成。
[0026]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0027]在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層和柵極，所述柵極位于所述柵介質(zhì)層的表面；
[0028]采用離子注入輕摻雜在所述柵介質(zhì)層的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏延伸區(qū)；
[0029]在所述柵介質(zhì)層和柵極兩側(cè)形成側(cè)墻；
[0030]采用離子注入摻雜在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏區(qū)。
[0031]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，并在第M-1層半導(dǎo)體薄膜上形成第M層介質(zhì)層之后，采用低溫退火激活第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)的摻雜。
[0032]另外，在形成N個(gè)場效應(yīng)晶體管之后再進(jìn)行一次低溫退火即可完成對所有場效應(yīng)晶體管源漏區(qū)摻雜的激活，節(jié)省了工藝步驟。
[0033]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述低溫退火采用微波退火或快速熱退火。
[0034]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，在形成所述通孔之后，形成通孔連線之前，在暴露出的源漏區(qū)的表面采用自對準(zhǔn)工藝形成自對準(zhǔn)硅化物，所述自對準(zhǔn)硅化物的形成步驟包括:
[0035]在所述第M層介質(zhì)層和暴露出的源漏區(qū)表面沉積金屬；
[0036]采用退火工藝形成自對準(zhǔn)娃化物；
[0037]刻蝕去除殘留在所述第M層介質(zhì)層表面和通孔側(cè)壁內(nèi)的金屬。
[0038]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述場效應(yīng)晶體管為肖特基場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述肖特基場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0039]提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵極形成于所述柵介質(zhì)層的表面，所述側(cè)墻形成于所述柵介質(zhì)層和柵極的兩側(cè)；
[0040]在位于側(cè)墻兩側(cè)、半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源漏區(qū)及柵極表面形成肖特基接觸。
[0041]另外，肖特基接觸具有較小的接觸電阻，能夠增加驅(qū)動電流，提高器件反應(yīng)速度，適合不同工藝要求的場合。
[0042]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，形成肖特基接觸包括步驟:
[0043]對所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入；
[0044]在所述源漏區(qū)表面沉積金屬；
[0045]采用退火形成金屬硅化物；
[0046]刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底表面的殘留金屬。
[0047]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，形成肖特基接觸包括步驟:
[0048]在所述源漏區(qū)表面沉積金屬；
[0049]采用退火形成金屬硅化物；
[0050]刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底表面的殘留金屬；
[0051]對所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入；
[0052]采用退火工藝進(jìn)行離子激活。
[0053]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述金屬為鎳、鈷或鈦，對N型襯底，離子注入的種類為硼或氟化硼；對P型襯底，離子注入的種類為砷或磷。
[0054]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，所述場效應(yīng)晶體管為無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0055]提供半導(dǎo)體基片，在所述半導(dǎo)體基片上形成絕緣層，在所述絕緣層上形成半導(dǎo)體襯底薄膜；
[0056]在所述半導(dǎo)體襯底薄膜內(nèi)形成半導(dǎo)體薄膜隔離；
[0057]在所述半導(dǎo)體襯底薄膜上形成柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵極形成于所述柵介質(zhì)層上，所述側(cè)墻形成于所述柵介質(zhì)層和柵極的兩側(cè)。
[0058]另外，形成的無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管具有關(guān)態(tài)漏電小，有效克服短溝道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。
[0059]進(jìn)一步的，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，在形成多個(gè)通孔之后，形成通孔連線之前，在所述第M層介質(zhì)層的表面及通孔內(nèi)的源漏區(qū)的表面形成阻擋介質(zhì)層，在所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法中，對于P型溝道，所述阻擋介質(zhì)層為二氧化鈦或氧化鋁； 對于N型溝道，所述阻擋介質(zhì)層為氧化鑭。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0060]圖1是實(shí)施例二中多層場效應(yīng)晶體管制造方法的流程圖；
[0061]圖2至圖12是實(shí)施例三中由PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成的多層場效應(yīng)晶體管制造過程中的剖面示意圖；
[0062]圖13至圖23是實(shí)施例四中由肖特基場效應(yīng)晶體管堆疊而成的多層場效應(yīng)晶體管制造過程中的剖面示意圖；
[0063]圖24至圖34是實(shí)施例五中由無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成的多層場效應(yīng)晶體管制造過程中的剖面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0064]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的各實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的闡述。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，在本發(fā)明各實(shí)施方式中，為了使讀者更好地理解本申請而提出了許多技術(shù)細(xì)節(jié)。但是，即使沒有這些技術(shù)細(xì)節(jié)和基于以下各實(shí)施方式的種種變化和修改，也可以實(shí)現(xiàn)本申請各權(quán)利要求所要求保護(hù)的技術(shù)方案。
[0065]本發(fā)明的第一實(shí)施方式涉及一種多層場效應(yīng)晶體管，包括:N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管，第N-1個(gè)場效應(yīng)晶體管和第N個(gè)場效應(yīng)晶體管之間由第M-1層介質(zhì)層隔離開，在第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成有第M層介質(zhì)層，其中，N、M均為大于或等于2的整數(shù)。
[0066]多層場效應(yīng)晶體管還包括多個(gè)通孔連線，所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)均通過通孔連線引出至第M層介質(zhì)層的表面，用于引出所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)。
[0067]其中，N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管、肖特基場效應(yīng)晶體管或無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管等中的一種或多種堆疊而成。即，形成的多層場效應(yīng)晶體管可以全部為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管、肖特基場效應(yīng)晶體管或無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，也可以一部分是PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，另一部分是肖特基場效應(yīng)晶體管或無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，具體的可以根據(jù)不同集成電路的要求來選擇，在此不作限定。
[0068]將N個(gè)場效應(yīng)晶體管采用上下堆疊的方式形成，能夠在不增加芯片表面積的情況下，提高集成電路場效應(yīng)晶體管的集成度，符合半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的趨勢，能夠?qū)α慨a(chǎn)起著較為重要的推動作用。
[0069]本發(fā)明的第二實(shí)施方式涉及一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法，具體流程如圖1所示，所述方法包括步驟:
[0070]步驟S1:提供半導(dǎo)體襯底，在半導(dǎo)體襯底上形成第一個(gè)場效應(yīng)晶體管；
[0071]其中，通常情況下，半導(dǎo)體襯底內(nèi)設(shè)有隔離層，用于隔離不同的器件，半導(dǎo)體襯底可以為單晶硅、多晶硅、鍺或II1-V等常用半導(dǎo)體材料；第一個(gè)場效應(yīng)晶體管可以采用通常的工藝形成。
[0072]步驟S2:在半導(dǎo)體襯底和第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的表面形成第一層介質(zhì)層；
[0073]在半導(dǎo)體襯底和第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的表面沉積第一介質(zhì)層之后，優(yōu)選的采用化學(xué)機(jī)械研磨對第一介質(zhì)層進(jìn)行拋光處理。
[0074]步驟S3:在第一層介質(zhì)層的表面形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管；
[0075]在步驟S3中，形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管的步驟包括:
[0076]在第一層介質(zhì)層上形成第一層半導(dǎo)體薄膜；
[0077]刻蝕第一層半導(dǎo)體薄膜，暴露出位于第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)上的第一層介質(zhì)層，該步驟的目的是為了后續(xù)刻蝕第一層介質(zhì)層形成通孔時(shí)能夠確保通孔暴露出第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)，方便形成通孔連線將其引出；
[0078]在第一層半導(dǎo)體薄膜上形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管，類似的，將第一層半導(dǎo)體薄膜作為襯底，采用通常的工藝在其之上形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管，實(shí)現(xiàn)場效應(yīng)晶體管的堆疊，并且兩者之間由第一層介質(zhì)層進(jìn)行隔離。
[0079]其中，第一層半導(dǎo)體薄膜通過鍵合及減薄工藝形成，后續(xù)所有半導(dǎo)體薄膜均可以采用此種工藝形成，所有的半導(dǎo)體薄膜材質(zhì)可以為單晶硅、多晶硅、鍺或II1-V等常用半導(dǎo)體材料。
[0080]步驟S4:在第一層介質(zhì)層及第二個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第二層介質(zhì)層，形成第二介質(zhì)層為了隔離后續(xù)形成的場效應(yīng)晶體管以及形成的通孔連線；
[0081]步驟S5:依次循環(huán)，直至在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管，并在第M-1層介質(zhì)層及第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第M層介質(zhì)層。其中，形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的步驟均與步驟S3形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管的相同，具體請參考上文，在此不作贅述。
[0082]可以根據(jù)不同的工藝來決定具體形成多少層場效應(yīng)晶體管，形成的層數(shù)越多，集成度越高。此外，場效應(yīng)晶體管的大小、高度以及形成的半導(dǎo)體薄膜大小等尺寸均是可以影響場效應(yīng)晶體管層數(shù)的因素之一，然而，上述尺寸均可以在不脫離本發(fā)明的核心思想下根據(jù)不同的工藝要求來進(jìn)行常規(guī)選擇，因此，本發(fā)明并不對具體層數(shù)及尺寸大小進(jìn)行限定。
[0083]在第M層介質(zhì)層之后，還包括步驟:
[0084]依次刻蝕第M層介質(zhì)層至第一層介質(zhì)層，形成多個(gè)通孔，通孔分別暴露出第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)；
[0085]在通孔中形成通孔連線，通孔連線與暴露出的第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)相連。
[0086]形成多層場效應(yīng)晶體管后，刻蝕形成多個(gè)通孔暴露出所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)，后續(xù)形成通孔連線用于與源漏區(qū)相連，將其引出，方便后續(xù)與后段形成的互連結(jié)構(gòu)相連。
[0087]本發(fā)明的第三實(shí)施方式涉及一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法。第三實(shí)施方式與第二實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在本發(fā)明第三實(shí)施方式中，形成的多層場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成。
[0088]具體的，請參考圖2至圖12，PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0089]提供半導(dǎo)體襯底10，在半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層30和柵極31，柵極31位于柵介質(zhì)層30的表面，通常情況下，半導(dǎo)體襯底10內(nèi)設(shè)有隔離層11，用于隔離不同器件，如圖2和圖3所示；
[0090]采用離子注入輕摻雜在柵介質(zhì)層30的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底10內(nèi)形成源漏延伸區(qū)21 ；
[0091]在柵介質(zhì)層30和柵極31兩側(cè)形成側(cè)墻32 ；
[0092]采用離子注入摻雜在側(cè)墻32兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底10內(nèi)形成源漏區(qū)20，從而獲得PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。
[0093]請參考圖4，在形成第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管之后，接著在形成第一層介質(zhì)層40，采用沉積工藝形成第一層介質(zhì)層40之后，優(yōu)選的，采用化學(xué)機(jī)械研磨對其進(jìn)行拋光處理，使其表面更加平整，便于后續(xù)工藝的進(jìn)行。第一層介質(zhì)層40的材質(zhì)可以為常規(guī)的絕緣材料，例如二氧化硅、氮化硅等。
[0094]請參考圖5，在第一層介質(zhì)層40的表面采用鍵合、減薄等工藝實(shí)現(xiàn)第一層半導(dǎo)體薄膜50的形成；請參考圖6，接著采用光刻、刻蝕形成半導(dǎo)體薄膜圖形化，暴露出位于第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管源漏區(qū)上的第一層介質(zhì)層40，使第一層半導(dǎo)體薄膜50位于第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管柵極上方，從而可以確保后續(xù)刻蝕形成的通孔能夠暴露出第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)。
[0095]請參考圖7，在第一層半導(dǎo)體薄膜50上采用同樣的方法形成第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，其包括第二層?xùn)沤橘|(zhì)層71、第二柵極72、第二側(cè)墻73、第二源漏區(qū)60和第二源漏區(qū)延伸區(qū)61，其具體形成方式均與第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管形成方式相同，具體可以參考上文，在此不做贅述。
[0096]請參考圖8，形成第二層介質(zhì)層80覆蓋第一半導(dǎo)體薄膜50的表面及第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。
[0097]請參考圖9，采用低溫退火激活第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)20和第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)60的摻雜。低溫退火可以采用微波退火或快速熱退火。在形成多個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管之后再進(jìn)行一次低溫退火即可完成對所有PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)摻雜的激活，節(jié)省了工藝步驟。
[0098]為了附圖的簡約，在本實(shí)施例中僅示意形成2個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員理應(yīng)知曉的是，可以采用同樣的方式，依次形成第三個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管甚至第N個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，其具體個(gè)數(shù)由工藝要求來決定，在此不作限定。
[0099]請參考圖10，在形成完第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管之后，采用光刻刻蝕等工藝形成第一通孔41和第二通孔81，第一通孔41用于暴露出第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)20，第二通孔81用于暴露出第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)60。
[0100]請參考圖11，在形成第一通孔41和第二通孔81之后，形成通孔連線之前，在暴露出的第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)20和第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)60的表面采用自對準(zhǔn)工藝形成自對準(zhǔn)硅化物61，自對準(zhǔn)硅化物61的形成步驟包括:
[0101]在第二層介質(zhì)層80和暴露出的第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)20和第二個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)60的表面沉積金屬，例如沉積鎳、鈷或鈦等金屬；
[0102]采用退火工藝使沉積的金屬與襯底進(jìn)行反應(yīng)，形成自對準(zhǔn)硅化物61 ；
[0103]刻蝕去除殘留在第二層介質(zhì)層80表面和第一通孔41和第二通孔81側(cè)壁內(nèi)的金屬。
[0104]請參考圖12，接著在第一通孔41和第二通孔81內(nèi)填充形成第一通孔連線42和第二通孔連線82，其材質(zhì)均為可以為鎢、銅或鋁。
[0105]本發(fā)明第三實(shí)施例形成的由多個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊起來的多層場效應(yīng)晶體管，能夠提高器件的集成度，并且形成的PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管工藝與傳統(tǒng)工藝相同，不會帶來較大的工藝?yán)щy。
[0106]本發(fā)明的第四實(shí)施方式涉及一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法。第四實(shí)施方式與第三實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第三實(shí)施方式中，場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。而在本發(fā)明第四實(shí)施方式中，場效應(yīng)晶體管為肖特基場效應(yīng)晶體管。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，場效應(yīng)晶體管還包括PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管與肖特基場效應(yīng)晶體管的組合形式，不僅限于采用單純的肖特基場效應(yīng)晶體管。
[0107]肖特基場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0108]請參考圖13和圖14，提供半導(dǎo)體襯底100，通常情況下，半導(dǎo)體襯底100內(nèi)均設(shè)有起隔離作用的隔離層111，在半導(dǎo)體襯底100上形成柵介質(zhì)層121、柵極122及側(cè)墻123，柵極122形成于柵介質(zhì)層123的表面，側(cè)墻123形成于柵介質(zhì)層121和柵極122的兩側(cè)；
[0109]請參考圖15，在位于側(cè)墻123兩側(cè)、半導(dǎo)體襯底100內(nèi)的源漏區(qū)及柵極122的表面形成肖特基接觸130。
[0110]肖特基接觸130可以采用兩種方式形成，其中第一種方式包括步驟:
[0111]對源漏區(qū)進(jìn)行離子注入，對N型襯底，離子注入的種類為硼或氟化硼等；對P型襯底，離子注入的種類為砷或磷等；
[0112]在源漏區(qū)表面沉積金屬，金屬可以為鎳、鈷或鈦等；
[0113]采用退火使金屬與襯底進(jìn)行反應(yīng)，形成金屬硅化物；
[0114]刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底100表面的未與半導(dǎo)體襯底100反應(yīng)的殘留金屬，從而獲得肖特基接觸130。
[0115]肖特基接觸130還可以采用第二種方式形成，第二種方式包括步驟:
[0116]在源漏區(qū)表面沉積金屬，同樣的，金屬可以為鎳、鈷或鈦等；
[0117]采用退火使金屬與襯底進(jìn)行反應(yīng)，形成金屬硅化物；
[0118]刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底100表面未半導(dǎo)體襯底100反應(yīng)的殘留金屬；
[0119]對源漏區(qū)進(jìn)行離子注入，注入的離子與上述的離子相同；
[0120]采用退火工藝進(jìn)行離子激活，從而獲取肖特基接觸130。
[0121]較佳的，采用上述兩種方式形成的金屬硅化物厚度較離子注入的深度大。
[0122]請參考圖16，在形成第一個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管之后，同樣沉積第一層介質(zhì)層140，覆蓋第一個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管及半導(dǎo)體襯底100的表面。
[0123]請參考圖17和圖18，接著，在第一層介質(zhì)層140的表面形成第一層半導(dǎo)體薄膜150，同樣的采用光刻刻蝕等工藝對其進(jìn)行圖案化處理，具體的均與實(shí)施例三相同，在此不再贅述。
[0124]請參考圖19和圖20，接著在第一層半導(dǎo)體薄膜150上形成第二個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管，其中，第二個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管包括柵介質(zhì)層161、柵極162、側(cè)墻163及肖特基接觸130，其具體形成工藝和結(jié)構(gòu)均與第一個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管相同，具體的請參考上文。
[0125]請參考圖21，同樣的，在形成第二個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管形成之后，在第一層介質(zhì)層140、第一層半導(dǎo)體薄膜150及第二個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管的表面形成第二層介質(zhì)層170。
[0126]請參考圖22，通過光刻刻蝕等工藝在第一層介質(zhì)層140和第二層介質(zhì)層170中分別形成第一通孔141和第二通孔171，第一通孔141和第二通孔171分別暴露出第一個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管和第~■個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)的肖特基接觸130。
[0127]請參考圖23，在第一通孔141中形成第一通孔連線142，在第二通孔171中形成第二通孔連線172，第一通孔連線142和第二通孔連線172分別與第一個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管和第二個(gè)肖特基場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)的肖特基接觸130連接，從而獲得堆疊而成多層肖特基場效應(yīng)晶體管。
[0128]本發(fā)明第四實(shí)施例形成的多層場效應(yīng)晶體管由肖特基場效應(yīng)晶體管堆疊而成，在提高集成度的同時(shí)，肖特基接觸具有較小的接觸電阻，能夠增加驅(qū)動電流，提高器件反應(yīng)速度，適合不同工藝要求的場合。此外，第四實(shí)施例與第三實(shí)施例的其他步驟均類似，具體的可以參考第三實(shí)施例，在此不再贅述。
[0129]本發(fā)明的第五實(shí)施方式涉及一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法。第五實(shí)施方式與第四實(shí)施方式大致相同，主要區(qū)別之處在于:在第四實(shí)施方式中，場效應(yīng)晶體管為肖特基場效應(yīng)晶體管。而在本發(fā)明第五實(shí)施方式中，場效應(yīng)晶體管為無結(jié)型場效應(yīng)晶體管。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，場效應(yīng)晶體管還包括PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管及肖特基場效應(yīng)晶體管與其的組合形式，不僅限于采用單純的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管。
[0130]無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括:
[0131]提供半導(dǎo)體襯底210，在半導(dǎo)體襯底210上形成絕緣層211，在絕緣層211上形成半導(dǎo)體襯底薄膜212，半導(dǎo)體基片由半導(dǎo)體襯底210、絕緣層211及半導(dǎo)體襯底薄膜212組成，此外，可以直接提供給絕緣體上硅(SOI)或絕緣體體上鍺(GOI)作為形成無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的半導(dǎo)體基片，如圖24所示；
[0132]在半導(dǎo)體襯底薄膜212內(nèi)形成半導(dǎo)體薄膜隔離213，起隔離作用，如圖25所示；
[0133]在半導(dǎo)體襯底薄膜212上形成柵介質(zhì)層221、柵極222及側(cè)墻223，柵極222形成于柵介質(zhì)層221上，側(cè)墻223形成于柵介質(zhì)層221和柵極222的兩側(cè)，如圖26所示，從而獲得第一個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。
[0134]請參考圖27，在形成第一個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管之后，形成第一層介質(zhì)層230，覆蓋半導(dǎo)體薄膜212和第一個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。
[0135]請參考圖28和圖29，在第一層介質(zhì)層230的表面形成第一半導(dǎo)體薄膜240，接著對第一半導(dǎo)體薄膜240進(jìn)行光刻刻蝕形成圖案化的半導(dǎo)體薄膜240，具體步驟與實(shí)施例三和四中的一致，在此不做贅述。
[0136]請參考圖30，在第一層半導(dǎo)體薄膜240的表面形成第二個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，其包括柵介質(zhì)層251、柵極252及側(cè)墻253，其結(jié)構(gòu)和形成工藝均與第一個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管相同，具體請參考上文，在此不做贅述。
[0137]請參考圖31，在形成第二個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管之后，再形成第二層介質(zhì)層260，其覆蓋第一層介質(zhì)層230、第一半導(dǎo)體薄膜240及第二個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管。
[0138]請參考圖32，同樣采用刻蝕工藝形成第一通孔231、第二通孔261，第一通孔231暴露出第一個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)，即部分半導(dǎo)體襯底薄膜212，第二通孔261暴露出第二個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)，即部分第一半導(dǎo)體薄膜240。
[0139]請參考圖33，在形成第一通孔231、第二通孔261之后，在第二層介質(zhì)層260的表面及第一通孔231、第二通孔261內(nèi)的源漏區(qū)的表面形成阻擋介質(zhì)層270，，對于P型溝道，阻擋介質(zhì)層270為二氧化鈦或氧化鋁；對于N型溝道，阻擋介質(zhì)層270為氧化鑭，其厚度通常可以為Inm?2nm,例如是1.5nm。
[0140]請參考圖34，在形成阻擋介質(zhì)層270后，在第一通孔231、第二通孔261分別填充金屬，形成第一通孔連線232和第二通孔連線262，從而獲得由兩個(gè)無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成的集成度較高半導(dǎo)體器件。
[0141]另外，形成的無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管具有關(guān)態(tài)漏電小，有效克服短溝道效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)。需要指出的是，在本發(fā)明第五實(shí)施例中，為了附圖明了，僅僅示意和舉例了由2層無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，在本實(shí)施例的其他實(shí)施例中，還可以為3層、4層直到N層無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，具體可以根據(jù)工藝需要來決定層數(shù)，在此不做限定。
[0142]本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以理解，上述各實(shí)施方式是實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的具體實(shí)施例，而在實(shí)際應(yīng)用中，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對其作各種改變，而不偏離本發(fā)明的精神和范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多層場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括:N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管，第N-1個(gè)場效應(yīng)晶體管和第N個(gè)場效應(yīng)晶體管之間由第M-1層介質(zhì)層隔離開，在所述第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成有第M層介質(zhì)層，其中，N、M均為大于或等于2的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層場效應(yīng)晶體管，其特征在于，還包括多個(gè)通孔連線，所有場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)均通過所述通孔連線引出至所述第M層介質(zhì)層的表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層場效應(yīng)晶體管，其特征在于，N個(gè)依次堆疊的場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管、肖特基場效應(yīng)晶體管或無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管中的一種或多種堆疊而成。
4.一種多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟S1:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成第一個(gè)場效應(yīng)晶體管； 步驟S2:在所述半導(dǎo)體襯底和第一個(gè)場效應(yīng)晶體管的表面形成第一層介質(zhì)層； 步驟S3:在所述第一層介質(zhì)層的表面形成第二個(gè)場效應(yīng)晶體管； 步驟S4:在所述第一層介質(zhì)層及第二個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第二層介質(zhì)層； 步驟S5:依次循環(huán)，直至在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管，并在第M-1層介質(zhì)層及第N個(gè)場效應(yīng)晶體管上形成第M層介質(zhì)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管包括如下步驟: 在所述第M-1層介質(zhì)層上形成第N-1層半導(dǎo)體薄膜； 刻蝕所述第N-1層半導(dǎo)體薄膜，暴露出位于所述第N-1個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)上的第M-1層介質(zhì)層； 在所述第N-1層半導(dǎo)體薄膜上形成第N個(gè)場效應(yīng)晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，在第M層介質(zhì)層之后,還包括步驟: 依次刻蝕第M層介質(zhì)層至第一層介質(zhì)層，形成多個(gè)通孔，所述通孔分別暴露出所述第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)； 在所述通孔中形成通孔連線，所述通孔連線與暴露出的第一個(gè)場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)相連。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述第一層半導(dǎo)體薄膜至第M-1層半導(dǎo)體薄膜均通過鍵合及減薄工藝形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層和柵極，所述柵極位于所述柵介質(zhì)層的表面； 采用離子注入輕摻雜在所述柵介質(zhì)層的兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏延伸區(qū)； 在所述柵介質(zhì)層和柵極兩側(cè)形成側(cè)墻； 采用離子注入摻雜在所述側(cè)墻兩側(cè)的半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成源漏區(qū)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，在第M-1層介質(zhì)層上形成第N個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管，并在第M-1層半導(dǎo)體薄膜上形成第M層介質(zhì)層之后，采用低溫退火激活第一個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管至第N個(gè)PN結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的源漏區(qū)的摻雜。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述低溫退火采用微波退火或快速熱退火。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，在形成所述通孔之后，形成通孔連線之前，在暴露出的源漏區(qū)的表面采用自對準(zhǔn)工藝形成自對準(zhǔn)硅化物，所述自對準(zhǔn)硅化物的形成步驟包括: 在所述第M層介質(zhì)層和暴露出的源漏區(qū)表面沉積金屬； 采用退火工藝形成自對準(zhǔn)硅化物； 刻蝕去除殘留在所述第M層介質(zhì)層表面和通孔側(cè)壁內(nèi)的金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為肖特基場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述肖特基場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括: 在所述半導(dǎo)體襯底上形成柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵極形成于所述柵介質(zhì)層的表面，所述側(cè)墻形成于所述柵介質(zhì)層和柵極的兩側(cè)； 在位于側(cè)墻兩側(cè)、半導(dǎo)體襯底內(nèi)的源漏區(qū)及柵極表面形成肖特基接觸。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，形成肖特基接觸包括步驟: 對所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入； 在所述源漏區(qū)表面沉積金屬； 采用退火形成金屬硅化物； 刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底表面的殘留金屬。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，形成肖特基接觸包括步驟: 在所述源漏區(qū)表面沉積金屬； 采用退火形成金屬硅化物； 刻蝕去除位于半導(dǎo)體襯底表面的殘留金屬； 對所述源漏區(qū)進(jìn)行離子注入； 采用退火工藝進(jìn)行離子激活。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述金屬為鎳、鈷或鈦，對N型襯底，離子注入的種類為硼或氟化硼；對P型襯底，離子注入的種類為砷或磷。
16.根據(jù)權(quán)利要求6所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，所述場效應(yīng)晶體管為無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管堆疊而成，所述無結(jié)型MOS場效應(yīng)晶體管的形成步驟包括: 提供半導(dǎo)體基片，在所述半導(dǎo)體基片上形成絕緣層，在所述絕緣層上形成半導(dǎo)體襯底薄膜； 在所述半導(dǎo)體襯底薄膜內(nèi)形成半導(dǎo)體薄膜隔離； 在所述半導(dǎo)體襯底薄膜上形成柵介質(zhì)層、柵極及側(cè)墻，所述柵極形成于所述柵介質(zhì)層上，所述側(cè)墻形成于所述柵介質(zhì)層和柵極的兩側(cè)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的多層場效應(yīng)晶體管制造方法，其特征在于，在形成多個(gè)通孔之后，形成通孔連線之前，在所述第M層介質(zhì)層的表面及通孔內(nèi)的源漏區(qū)的表面形成阻擋介質(zhì)層，對于P型溝道，所述阻擋介質(zhì)層為二氧化鈦或氧化鋁；對于N型溝道，所述阻擋介 質(zhì)層為氧化鑭。
【文檔編號】H01L21/77GK104241288SQ201410472615
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月16日
【發(fā)明者】吳東平, 許 鵬, 周祥標(biāo), 付超超 申請人:復(fù)旦大學(xué)