CN115910784A - 垂直晶体管及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种垂直晶体管及其制作方法，所述制作方法包括：提供一基底，于所述基底中形成至少一沟槽；在所述沟槽的内表面上沉积衬垫层；于所述沟槽的底部形成填充物；选择性地去除邻接所述填充物的一区段的所述衬垫层以显露所述沟槽的侧壁的开口；基于所述开口刻蚀显露的所述沟槽的侧壁，以形成嵌入所述沟槽的侧壁中的凹槽。本发明还提供一种垂直晶体管，所述垂直晶体管包括：基底，所述基底中形成有至少一沟槽，所述沟槽的中部形成有嵌入所述沟槽侧壁的凹槽，所述凹槽中填充有栅极层；隔离结构，所述隔离结构将垂直晶体管分成至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞。本发明提供的垂直晶体管能够有效提高集成电路的集成度和运行速度。

Description

垂直晶体管及其制作方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件制造领域，尤其涉及一种垂直晶体管及其制作方法。

背景技术

集成电路的不断发展对集成电路的集成度提出了越来越高的要求。用于增大器件集成度的方法包括减小器件特征尺寸和改善单元结构，但是随着特征尺寸的减小，小尺寸晶体管会产生严重的短沟道效应；另一途径是在相同特征尺寸条件下减小存储单元所占面积。垂直晶体管(VTC)结构具有大体垂直于衬底的主要表面的沟道区的晶体管结构，其中垂直的半导体柱体限定沟道区，且具有位于半导体柱体的相对端部的源极区和漏极区。在占用相同的衬底面积下，垂直晶体管可以通过增大半导体柱状的高度来增加有效沟道长度，以克服短沟道效应。因此，垂直晶体管有助于集成电路在占用面积上的缩减以及适应增加的器件堆积密度，被认为是按比例缩放至7nm以下技术节点的可行替代方案。

通常，垂直晶体管的制造工艺采用多重沉积工艺制作沟道及漏/源极区，制造工艺复杂，并且在先形成的栅结构会影响后续的离子注入工艺而易造成器件结构的不对称，因此需要提出一种制作垂直晶体管的新方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垂直晶体管及其制作方法，以及包括所述垂直晶体管的晶体管单元串，用于解决现有技术中垂直晶体管的制造工艺复杂、多重沉积工艺造成的器件不对称等问题，以满足集成电路的集成度要求。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供了一种垂直晶体管的制作方法，所述制作方法包括：提供一基底，于所述基底中形成至少一沟槽；在所述沟槽的内表面上沉积衬垫层；于所述沟槽的底部形成填充物；选择性地去除邻接所述填充物的一区段的所述衬垫层以形成显露所述沟槽的侧壁的开口；基于所述开口刻蚀显露的所述沟槽的侧壁，以形成嵌入所述沟槽的侧壁中的凹槽。

可选地，于所述沟槽的底部形成填充物包括以下步骤：在所述衬垫层上沉积所述填充物以填充并覆盖所述沟槽；通过刻蚀气体刻蚀所述填充物至所述沟槽内的一深度，所述刻蚀气体具有对所述填充物的刻蚀速率大于对所述衬垫层的刻蚀速率。

可选地，所述衬垫层是氮化钛层，采用氟基气体去除邻接所述填充物的一区段的所述氮化钛层以显露所述沟槽的侧壁，所述氟基气体对所述氮化钛层的刻蚀速率大于对所述填充物的刻蚀速率。

可选地，于所述基底中形成至少一沟槽之前，所述制作方法还包括以下步骤：于所述基底上形成保护层；对所述基底进行离子注入以在所述基底内部形成垂直晶体管的源极。

可选地，于所述基底中形成至少一沟槽之前，所述制作方法还包括以下步骤：对所述基底进行刻蚀以形成沿第一方向延伸的隔离沟渠；于所述隔离沟渠填充绝缘物以形成隔离结构；其中，于所述基底中形成的所述沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向交叉。可选地，所述制作方法还包括以下步骤：在所述凹槽的内壁形成栅介质层和形成填充所述凹槽的栅极层，以形成栅结构；对所述基底进行离子注入以在所述基底中形成漏极，其中，所述源极和漏极分别位于所述栅结构的两侧。

可选地，所述于所述基底中形成至少一沟槽还包括：于所述基底中形成的所述沟槽同步地形成于所述隔离结构中，以使所述沟槽的侧壁呈基底材料与所述绝缘物的交替排列。

可选地，所述沟槽侧壁的开口还形成于所述隔离结构的侧壁，以显露所述隔离结构。

可选地，所述制作方法还包括以下步骤：于嵌入所述沟槽侧壁中的凹槽形成所述栅极层时，所述栅极层同时形成在所述隔离结构侧壁的开口中，以形成连接相邻的垂直晶体管元胞的栅极层的导电连接层。

可选地，于所述基底中形成漏极之后，所述制作方法还包括：去除剩余的所述衬垫层，使得所述垂直晶体管元胞的凹槽内所述栅电极形成为嵌入其中，且所述隔离结构侧壁的开口内所述导电连接层形成为凸出于所述沟槽侧壁的表面

可选地，所述基底还包括刻蚀缓冲层，所述刻蚀缓冲层设置于所述基底与所述保护层之间，所述刻蚀缓冲层是氧化硅或氧化铝中的一种。

可选地，选择性地去除所述衬垫层的所述区段之前，在所述沟槽中沉积抗蚀性聚合物，其中，沉积的所述抗蚀性聚合物具有沿所述沟槽的顶部到底部减少的厚度。

本发明提供了一种垂直晶体管，所述垂直晶体管包括：基底，所述基底中形成有至少一沟槽，所述沟槽的中部形成有嵌入所述沟槽侧壁的凹槽，所述凹槽的内壁形成有栅介质层且所述凹槽中填充有栅极层以形成栅结构；源极与漏极，分别设置在于所述栅结构两侧的基底中；隔离结构，所述隔离结构将垂直晶体管分成至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞，所述隔离结构中还设置有导电连接层，所述导电连接层将至少两个所述垂直晶体管元胞电连接。

可选地，所述栅极层与所述导电连接层形成为至少在所述沟槽侧壁的延伸平面内相接合。

如上所述，本发明的垂直晶体管的制作方法，具有以下有益效果：在所述制作方法中，于所述基底中形成至少一沟槽，通过腐蚀工艺形成嵌入所述沟槽的侧壁中的凹槽，随后会在所述凹槽中形成栅结构，而无需多重沉积工艺，所述制作方法避免了常规工艺中由栅结构所造成的器件结构的不对称。本发明还提供了一种垂直晶体管，所述垂直晶体管包括至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞，每一垂直晶体管元胞具有较小的占用面积，并且在所述垂直晶体管中，具有形成于凹槽中的栅结构，所述栅结构包括所述凹槽的内壁中形成的栅介质层且填充于所述凹槽中的栅极层，并且所述垂直晶体管包括隔离结构，所述隔离结构侧壁的开口中形成导电连接层，所述导电连接层连接相邻的两垂直晶体管的栅极层，能够有效提高集成电路的集成度和运行速度。

附图说明

图1A显示为本发明的垂直晶体管的阵列结构的俯视图，图1B、1C和1D依次显示为如图1A所示的垂直晶体管的阵列结构沿B-B’、A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图2显示为根据本发明的垂直晶体管的制作方法的流程图。

图3至图14B显示为根据本发明的制作垂直晶体管各阶段的结构的示意图，其中：

图3至图7显示为根据本发明的图2所示的步骤S110至S140制作的结构沿B-B’截面的示意图。

图8A和图8B显示根据本发明的一实施方式的在基底中形成有二次图形化的硬掩膜层的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图9A和图9B显示根据本发明的一实施方式的在基底中形成有沟槽的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图10A和图10B显示根据本发明的一实施方式的在沟槽内沉积有衬垫层和填充物的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图11A和图11B显示根据本发明的一实施方式的在沟槽底部沉积有填充物的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图12A和图12B显示根据本发明的一实施方式的在沟槽侧壁中形成有开口的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图13A和图13B显示根据本发明的一实施方式的在沟槽侧壁中形成有凹槽的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

图14A和图14B显示根据本发明的一实施方式的在凹槽中形成有栅结构的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

元件标号说明

110                  垂直晶体管

112                  基底

120                  沟槽

122                  凹槽

130                  栅结构

140                  隔离结构

142                  导电连接层

150                  源极

160                  漏极

212                  源极区

214                  刻蚀停止层

216                  漏极区

220                  保护层

230                  硬掩膜层

232                  第一光刻胶

234                  第二光刻胶

240                  隔离沟渠

242                  绝缘物

244                  隔离结构

250                  衬垫层

252                  开口

260                  填充物

260a                 腐蚀后的填充物的上表面

S110～S210           步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

如本文中所使用，术语“基底”意指及包含衬底本身或在其上形成有例如垂直场效应晶体管等材料的衬底表面。衬底可为常规硅衬底或包括半导电材料层的其它块体衬底。如本文中所使用，术语“块体衬底”不仅意指及包含硅晶片，而且意指包含绝缘体上硅(SOI)衬底(例如，蓝宝石上硅(SOS)衬底或玻璃上硅(SOG)衬底)、位于基底半导体基础上的外延硅层，或其它半导体或光电子材料，例如为硅-锗(Si_1-xGe_x)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)或磷化铟(InP)。

如本文中所使用，尽管术语“第一”、“第二”、“第三”等可描述各种元件、组件、区、层和/或区段，但其中的任一者均不受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区、材料、层或区段与另一元件、组件、区、材料、层或区段区分开。因此，在不背离本文中的教示的情况下，下文所论述的“第一元件”、“第一组件”、“第一区”、“第一材料”、“第一层”或“第一区段”可称为第二元件、第二组件、第二区、第二材料、第二层或第二区段。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

图1A显示为本发明的垂直晶体管的阵列结构的俯视图，图1B、1C和1D显示为如图1A所示的垂直晶体管的阵列结构沿B-B’、A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。参见图1A，垂直晶体管110可以包括基底112，所述基底112中形成有至少一沟槽120。此后，将参照图2具体描述本发明的垂直晶体管及其阵列结构的制作方法，制作垂直晶体管的各阶段的具体结构将结合图3至14B加以说明。

参见图3，在步骤S110，提供基底112，并且在所述基底上沉积有保护层220，以用于在离子注入过程中防止基底表面的损伤。作为示例，所述保护层可以是氮化硅。所述保护层220与所述基底112之间还可以设置有刻蚀停止层214。所述刻蚀停止层214可以包括但不限于：氧化硅、硅的碳氧化物或类似材料。

随后，在步骤S120，在所述保护层220上沉积用于光刻工艺的硬掩膜层230。作为示例，所述硬掩膜层230可以选用本领域已知的硬掩膜材料，其包括但不限于氧化硅、氧化铝或类似材料。可以在沉积硬掩膜层230之前或之后，执行离子注入工艺以在基底112相对于硬掩膜层230的远端形成源极区212，如图4所示。由于基底112的表面沉积有保护层220，其可以在离子注入工艺中保护基底表面免于损伤。在步骤S130，执行光刻工艺。本实施方式中所采用的光刻工艺是本领域技术人员公知的，其具体步骤在此不作赘述。

在步骤S130，可以在硬掩膜层230上旋转涂布第一光刻胶232，对所述第一光刻胶进行曝光和显影，以及对硬掩膜层230、保护层220和可选的刻蚀停止层214进行刻蚀以将第一光刻胶中定义的第一图形转移到所述硬掩膜层、保护层和可选的刻蚀停止层，如图5所示。在刻蚀工艺之后，可以先去除第一光刻胶，接着根据图形化的硬掩膜层进行刻蚀以在基底上形成沿第一方向延伸的隔离沟渠240，特别地，所述隔离沟渠沿X轴方向延伸，如图6所示。第一图形即为用于在基底中制备隔离沟渠240的图形，所述隔离沟渠240可以具有一深度以在基底中分隔出多个源极区212(源极区在图5、图6中未示出)。

在步骤S140，用绝缘物242填充并覆盖所述隔离沟渠240，接着通过化学机械抛光工艺对沉积的绝缘物进行平坦化处理。图7显示根据本实施方式的在隔离沟渠中填充有绝缘物的结构沿B-B’截面的示意图。所述绝缘物可以是氧化物材料，例如氧化硅或氧化铝。

在步骤S150，执行刻蚀工艺在基底上形成沟槽。形成沟槽120的步骤至少包括：重复上述的光刻胶涂布、曝光以及显影步骤，以在第二光刻胶234定义出第二图形；以及接着通过刻蚀工艺将第二光刻胶中定义出的第二图形转移至所述硬掩膜层、保护层以及绝缘物中。参见图8A-8B，其显示根据本实施方式的在基底中形成有二次图形化的硬掩膜层的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。随后，根据所述硬掩膜层和绝缘物中的第二图形进行刻蚀以形成沿第二方向延伸的沟槽120，例如，沿Y轴方向。应当注意的是，尽管所附图示中示出所述第二方向垂直于所述第一方向，但并不意味着将其限于此，第一方向与第二方向之间可以具有其他角度，例如呈60°以上的角度。图9A-9B，显示根据本实施方式的在基底中形成有沟槽的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图，第二图形即为用于在基底中制备沟槽120的图形。根据所述第二图形进行刻蚀包括：对基底进行刻蚀以将其分成至少两个独立的基底区，同时对隔离沟渠240进行刻蚀以将绝缘物242隔断成与基底区数量相同的至少两个独立的的隔离结构244，以形成沿第二方向延伸的沟槽120，如图9A-9B分别示出4个独立的基底区和4个隔离结构，但本发明并不意味着将两者的数量限于此。所述沟槽120的侧壁呈基底材料与所述绝缘物在所述第二方向上交替排列。作为示例的，两个相邻沟槽120共用一个墙体，也即两个相邻的墙体之间形成一个沟槽120，每一墙体具有在所述第二方向上交替设置的基底区和隔离结构244。随后，对二次图形化的硬掩膜层进行化学机械抛光以显露出保护层的上表面。

在步骤160，在沟槽的内表面和墙体的上表面沉积衬垫层250。所述衬垫层可以是氮化物，例如氮化钛。沉积的衬垫层250具有保形性，用于衬垫层250的沉积工艺的实例可以包括低温化学气相沉积、原子层沉积或类似工艺。随后，沉积填充物260以填充所述沟槽120和覆盖所述墙体的上表面。作为示例，所述填充物260可以是氧化硅或氧化铝中的一种。如图10A-10B所示，其显示根据本实施方式的在沟槽内沉积有衬垫层和填充物的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。

在步骤170，执行腐蚀工艺至沟槽120的一预定深度，仅保留在所述沟槽的底部处的填充物。作为示例，保留的所述沟槽的底部处的填充物的高度小于等于所述沟槽的深度的二分之一。作为示例，可以用刻蚀气体去除所述填充物，所述刻蚀气体具有填充物比衬垫层的高选择比，使得所述刻蚀气体具有对填充物的刻蚀速率大于对衬垫层的刻蚀速率。采用所述刻蚀气体执行干法腐蚀工艺，使得所述填充物被选择性地去除而对所述衬垫层无明显影响，如图11A-11B所示。所述刻蚀气体可以包括含有至少一个不饱和键的碳与氟构成的化合物、含氧气体和稀有气体，举例而言，所述含氧气体可以是O₂，以及所述稀有气体可以是Ar。所述不饱和键可以是烯基、或炔基。较佳地，所述刻蚀气体可以包括全氟-1，3-丁二烯或全氟-2-丁炔。视情况地，所述刻蚀气体还可以包括三氟氢化甲烷(CHF₃)或二氟二氢化甲烷(CH₂F₂)。

随后，在步骤180，执行腐蚀工艺以选择性地去除衬垫层的侧壁。作为示例，可以采用氟基气体选择性地去除位于顶部的衬垫层和衬垫层的侧壁的一区段。在执行所述腐蚀工艺之前，将抗蚀性聚合物沉积在沟槽120的侧壁上，所述抗蚀性聚合物具有一厚度，所述厚度具有沿所述沟槽的顶部到底部减少的厚度，即所述厚度随所述沟槽的深度增加而减小，以使得覆盖于沟槽侧壁的上部区段的抗蚀性聚合物的厚度足以保护衬垫层免于腐蚀性气体影响。而在所述沟槽侧壁的中部区段及其以下的部分，沉积的抗蚀性聚合物的厚度不足以提供保护作用，使得所述腐蚀工艺将选择性地去除衬垫层250的中部区段及其以下的部分。此外，所述氟基气体具有衬垫层比填充物的高选择比，例如是10:1的选择比。由于氟基气体具有对衬垫层的刻蚀速率大于对所述填充物的刻蚀速率，所述氟基气体对衬垫层250的刻蚀行进至腐蚀后的填充物的上表面260a，其刻蚀速率会大大降低，从而所述衬垫层250的腐蚀工艺中止于腐蚀后的填充物的上表面260a，由此在所述沟槽120侧壁的中部区段且邻接腐蚀后的填充物的上表面260a形成开口252。作为示例，所述氟基气体可以选用碳对氟的原子比2:3以上的气体化合物，例如是C₄F₆。如图12A-12B所示，所述开口252可以形成为沿所述第二方向延伸。结合图12A和12B可知，所述开口具有上侧壁、下侧壁以及限定于两侧壁之间的底部，所述下侧壁邻接腐蚀后的填充物的上表面260a而形成为与所述腐蚀后的填充物的上表面共平面。所述基底区的开口252底部显露出基底材料，而形成于隔离结构的开口底部显露出绝缘物。作为示例，所述抗蚀性聚合物可以选用本领域技术人员已知的抗蚀剂，例如是含氟的抗蚀性聚合物。

在步骤190，可选地，通过回蚀工艺进一步处理所述开口252处暴露的材料层。作为示例，开口252处暴露的材料层为基底材料和隔离结构的绝缘物材料。所述回蚀工艺是干法刻蚀或湿法腐蚀。作为示例，所述腐蚀剂具有对基底材料的刻蚀速率大于对绝缘物材料的刻蚀速率，开口252暴露的基底材料被去除的厚度大于开口252暴露的隔离结构的绝缘物材料被去除的厚度，使得基底区的开口252的深度增加以形成凹槽122，而隔离结构的开口的深度无明显变化。图13A-13B显示根据本实施方式的在沟槽侧壁中形成有凹槽的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。在所述回蚀工艺之后，形成的所述凹槽122的上下侧壁也显露出基底材料，位于基底区的凹槽122的深度大于位于隔离结构244的开口的深度。也即沟槽120的至少一个侧壁形成一凹槽122，凹槽122的延伸方向与沟槽120的延伸方向平行，均为沿第二方向延伸，且该凹槽122凹入基底的深度大于该凹槽122凹入隔离结构244的深度。作为示例，凹槽122具有第一凹入深度和第二凹入深度，第一凹入深度与第二凹入深度大小不同，凹槽122的凹入深度大小沿第二方向以第一凹入深度和第二凹入深度交替变化。

步骤190之后，在步骤200，于所述凹槽122中形成栅结构130。形成栅结构130的步骤至少包括：在凹槽122的内壁形成栅介电层，以及形成栅极层以填充所述凹槽。在形成所述栅极层的同时，在所述隔离结构的开口252中形成导电连接层142，以电连接相邻的垂直晶体管元胞的栅极层，所述导电连接层亦包括栅介电层。所述栅极层与所述导电连接层142之间形成有交叠区，例如在隔离结构和基底区的交界面上的交叠区，以实现电性接触。图14A-14B显示根据本实施方式的在凹槽中形成有栅结构的结构沿A1-A1’和A2-A2’截面的示意图。由图14A可见，由回蚀工艺具有基底材料比绝缘物的高选择性所致，通过所述回蚀工艺可以调整基底区的凹槽的深度，使得基底区的栅极层的厚度大于隔离结构的导电连接层的厚度，而基底区的栅极层与隔离结构的导电连接层的接触面积不发生改变，从而可以在不增加隔离结构中的导电连接层对相邻的垂直晶体管元胞的电性影响下，实现栅极层的电阻减小，提高对沟道的控制能力。

在步骤210，在所述源极区212的相对端对基底区进行离子注入以形成漏极区216。在离子注入工艺之后，可以去除所述基底之上的保护层以及其他材料，所述保护层用于在离子注入期间防止基底表面的损伤，从而完成所述垂直晶体管的阵列结构的制作。

返回图1A，本发明提供了一种垂直晶体管110，所述垂直晶体管可以包括基底112，所述基底112中形成有至少一沟槽120。所述沟槽中部形成有嵌入所述沟槽侧壁的凹槽122，所述凹槽的内壁形成有栅介质层且所述凹槽122(图1C中示出)中填充有栅极层以形成栅结构130。如图1C-1D所示，所述垂直晶体管还包括源极150和漏极160，所述源极150与所述漏极160分别设置在于所述栅结构130两侧的基底中。所述栅极层可以是导电材料，例如钨、多晶硅中的一种或它们的混合物。所述垂直晶体管还可以包括隔离结构140，所述隔离结构将垂直晶体管分成至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞，所述隔离结构140中还设置有导电连接层142，所述导电连接层将至少两个所述垂直晶体管元胞电连接。

本发明提供了一种包括所述垂直晶体管的阵列结构，所述垂直晶体管的阵列结构包括两个以上前述的垂直晶体管。结合图1B-1D可知，每一垂直晶体管元胞由隔离结构140在第一方向上与相邻的垂直晶体管元胞分隔，所述沟槽120在第二方向上延伸且将一串的垂直晶体管与另一串的垂直晶体管相分隔，其中所述第一方向与所述第二方向交叉。作为示例，所述栅极层与所述导电连接层142之间形成有交叠区，以实现电性接触。

综上所述，本发明提供的垂直晶体管的制作方法，具有以下有益效果：在所述制作方法中，于所述基底中形成至少一沟槽，通过腐蚀工艺形成嵌入所述沟槽的侧壁中的凹槽，随后会在所述凹槽中形成栅结构，而无需多重沉积工艺制作沟道及漏/源极区，避免了垂直晶体管中的栅结构对后续的离子注入工艺的阻挡；所述制作方法还包括在在形成所述栅极层的同时在所述隔离结构侧壁的开口中形成导电连接层以连接相邻的垂直晶体管元胞的栅极层，可以在保持所述隔离结构中形成的导电连接层的厚度的同时，增加了垂直晶体管元胞中的栅极层的厚度，从而可以确保器件的可靠性，降低栅极层的电阻，由此提高栅极对沟道的控制能力。本发明还提供了一种垂直晶体管以及包括两个以上所述垂直晶体管的晶体管单元串，每一晶体管单元具有较小的占用面积，并且在所述垂直晶体管中，具有形成于凹槽中的栅结构，所述栅结构包括所述凹槽的内壁中形成的栅介质层且填充于所述凹槽中的栅极层，并且所述垂直晶体管包括隔离结构，所述隔离结构侧壁的开口中形成导电连接层，所述导电连接层连接相邻的两垂直晶体管元胞的栅极层，能够有效提高集成电路的集成度和运行速度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (14)

1.一种垂直晶体管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

提供一基底，于所述基底中形成至少一沟槽；

在所述沟槽的内表面上沉积衬垫层；

于所述沟槽的底部形成填充物；

选择性地去除邻接所述填充物的一区段的所述衬垫层以形成显露所述沟槽的侧壁的开口；

基于所述开口刻蚀显露的所述沟槽的侧壁，以形成嵌入所述沟槽的侧壁中的凹槽。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述于所述沟槽的底部形成填充物，还包括：在所述衬垫层上沉积所述填充物以填充并覆盖所述沟槽；通过刻蚀气体刻蚀所述填充物至所述沟槽内的一深度，所述刻蚀气体具有对所述填充物的刻蚀速率大于对所述衬垫层的刻蚀速率。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述衬垫层是氮化钛层，采用氟基气体去除邻接所述填充物的一区段的所述氮化钛层以显露所述沟槽的侧壁，所述氟基气体对所述氮化钛层的刻蚀速率大于对所述填充物的刻蚀速率。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述于所述基底中形成至少一沟槽之前，还包括：

于所述基底上形成保护层；

对所述基底进行离子注入以在所述基底内部形成垂直晶体管的源极。

5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：所述于所述基底中形成至少一沟槽之前，还包括：

对所述基底进行刻蚀以形成沿第一方向延伸的隔离沟渠；

于所述隔离沟渠填充绝缘物以形成隔离结构；

其中，于所述基底中形成的所述沟槽沿第二方向延伸，所述第一方向与所述第二方向交叉。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于：所述制作方法还包括：

在所述凹槽的内壁形成栅介质层和形成填充所述凹槽的栅极层，以形成栅结构；

对所述基底进行离子注入以在所述基底中形成漏极，其中，所述源极和漏极分别位于所述栅结构的两侧。

7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述于所述基底中形成至少一沟槽还包括：于所述基底中形成的所述沟槽同步地形成于所述隔离结构中，以使所述沟槽的侧壁呈基底材料与所述绝缘物的交替排列。

8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于：所述沟槽侧壁的开口还形成于所述隔离结构的侧壁，以显露所述隔离结构。

9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括：

于嵌入所述沟槽侧壁中的凹槽中形成所述栅极层时，所述栅极层同时形成在所述隔离结构侧壁的开口中，以形成连接相邻的垂直晶体管元胞的栅极层的导电连接层。

10.根据权利要求9所述的制作方法，其特征在于，于所述基底中形成漏极之后，所述制作方法还包括：去除剩余的所述衬垫层，使得所述垂直晶体管元胞的凹槽内所述栅电极形成为嵌入所述沟槽侧壁中，且所述隔离结构侧壁的开口内所述导电连接层形成为凸出于所述沟槽侧壁的表面。

11.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于：所述基底还包括刻蚀缓冲层，所述刻蚀缓冲层设置于所述基底与所述保护层之间，所述刻蚀缓冲层是氧化硅或氧化铝中的一种。

12.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：选择性地去除所述衬垫层的所述区段之前，在所述沟槽中沉积抗蚀性聚合物，其中，沉积的所述抗蚀性聚合物具有沿所述沟槽的顶部到底部减小的厚度。

13.一种垂直晶体管，其特征在于：所述垂直晶体管包括：

基底，所述基底中形成有至少一沟槽，所述沟槽的中部形成有嵌入所述沟槽侧壁的凹槽，所述凹槽的内壁形成有栅介质层且所述凹槽中填充有栅极层以形成栅结构；

源极与漏极，分别设置在于所述栅结构的上下两侧的基底中；

隔离结构，所述隔离结构将垂直晶体管分成至少两个间隔设置的垂直晶体管元胞，所述隔离结构中还设置有导电连接层，所述导电连接层将至少两个所述垂直晶体管元胞电连接。

14.根据权利要求13所述的垂直晶体管，其特征在于：所述栅极层与所述导电连接层之间形成有交叠区以实现电性接触。

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