[发明专利]用于制造垂直型基于鳍片的场效应晶体管的方法和系统

说明书

一种晶体管，包括：衬底，其具有第一表面以及与第一表面相对的第二表面；漂移区，其具有在衬底的第一表面上的掺杂区以及在掺杂区上的渐变掺杂区；半导体鳍片，其从渐变掺杂区突出，并且在所述半导体鳍片的上部分处包括金属化合物层；在所述金属化合物层上的源极金属接触；栅极层，其具有与渐变掺杂区直接地接触的底部部分；以及在衬底的第二表面上的漏极金属接触。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月22日提交的名称为“用于制造垂直型基于鳍片的场效应晶体管的方法和系统(Method and System for Fabrication of a Vertical Fin-BasedField Effect Transistor)”的美国临时专利申请号为62/877,224的优先权的权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用结合于此，用于所有目的。

技术领域

本发明涉及垂直型基于鳍片的场效应晶体管(FET)器件，该器件对于给定的阈值电压具有泄漏电流、最大电场和导通电阻相结合的改进。

背景技术

功率电子器件广泛用于各种应用，包括功率转换、电机驱动、开关电源、照明等。诸如晶体管的功率电子器件通常用于这些功率开关应用中。目前一代的功率晶体管器件，特别是具有高电压(600V)处理能力的功率晶体管器件的操作受到慢的开关速度以及高的特定导通电阻的阻碍。

因此，在本领域中需要呈现有低电容、低的正阈值电压、低的特定导通电阻以及高击穿电压的功率晶体管器件。

发明内容

本发明的实施例提供了新颖的垂直型基于鳍片的FET器件以及制造这种FET器件的方法，其具有改进的特定导通电阻、泄漏电流和击穿电压。

在一个实施例中，一种晶体管，包括：衬底，其具有第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；漂移区，其具有在所述衬底的所述第一表面上的掺杂区以及在所述掺杂区上的渐变掺杂区；半导体鳍片，其从所述渐变掺杂区突出，并且在所述半导体鳍片的上部分处包括金属化合物层；在所述金属化合物层上的源极金属接触；栅极层，其具有与所述渐变掺杂区直接地接触的底部部分；以及在所述衬底的所述第二表面上的漏极金属接触。

在另一实施例中，提供了一种制造垂直型基于鳍片的场效应晶体管(FET)的方法，所述方法可以包括：提供具有第一表面和第二表面的半导体衬底，所述半导体衬底具有第一导电类型；在所述半导体衬底的所述第一表面上外延生长第一半导体层，所述第一半导体层具有所述第一导电类型并且包括漂移层以及在所述漂移层上的渐变掺杂层；在所述渐变掺杂层上外延生长具有第一导电类型的第二半导体层(也被称作鳍片导电层)，在所述第二半导体层上形成金属化合物层，在所述金属化合物层上形成图案化的硬掩模层，以及利用作为掩模的图案化的硬掩模层来蚀刻所述金属层和所述第二半导体层(即鳍片导电层)，并暴露所述渐变掺杂层的表面，以形成由沟槽所围绕的多个鳍片。该方法还包括：在所述沟槽中外延生长具有与第一导电类型相反的第二导电类型的第三半导体层；回蚀刻第三半导体层并平坦化所述第三半导体层以及暴露所述鳍片的侧壁部分，在平坦化的第三半导体层上形成第一电介质层并且覆盖图案化的硬掩模层和鳍片的侧壁部分；在第一电介质层上形成第二电介质层，在所述第二电介质层上形成第三电介质层，以及回蚀刻所述第三电介质层，以在所述第二电介质层的侧壁上形成间隔部。

在一个实施例中，该方法还可以包括：移除未被所述间隔部覆盖的所述第二电介质层的一部分，而在所述平坦化的第三半导体层上方暴露所述第一电介质层的上表面部分；以及移除所述间隔部和所述图案化的硬掩模。

在一个实施例中，所述第一电介质层包括Si₃N₄，所述第二电介质层包括SiO₂，并且所述第三电介质层包括Si₃N₄。在一个实施例中，所述第一电介质层具有约100nm的厚度，所述第二电介质层具有约100nm的厚度，并且所述第三电介质层具有约400nm的厚度。