共享栅极的垂直二维互补场效应管器件及其制造方法与流程

本发明涉及半导体器件及其制备，特别涉及一种共享栅极的垂直二维互补场效应管器件及其制造方法。

背景技术：

1、互补场效应晶体管器件(即cmos场效应管器件)包括nmos和pmos两种管，cmos集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零，实际上，由于存在漏电流，cmos电路尚有微量静态功耗。

2、传统的互补场效应器件为水平设置在基片上的，即场效应器件的源极、栅极和漏极均横向铺设在硅衬底(基片)上，其具有成熟的制造工艺来生产，在工艺制造过程中，由于硅衬底(基片)较大面积的支撑，器件高度较小，因此工艺中结构稳定性好，不会失稳变形影响质量和良品率。

3、但是铺设造成占据硅衬底(基片)较大面积，因而降低了单位面积的分布数量和密度，另外，同一基片上的多个场效应器件往往需要添加线路连接，连接线路需要占据空间，从而也影响了半导体的集成度，不利于小型化。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种共享栅极的垂直二维互补场效应管器件，包括：

2、基片，包括凸起部；

3、场效应管单元，在垂直于所述基片的竖直方向上设置在所述凸起部上，每个场效应管单元与所述凸起部一一对应设置，所述场效应管单元包括p型场效应管子单元和n型场效应管子单元，所述n型场效应管子单元与所述p型场效应管子分别包括源极、栅极和漏极；其中，所述n型场效应管子单元与所述p型场效应管子单元存在共享栅极。

4、可选的，所述p型场效应管子单元呈n形，所述n型场效应管子单元呈u形；n形p型场效应管子单元下部的开口端两边分别为源极或者漏极且与所述基片的凸起部连接，n形p型场效应管子单元上部的连接端为栅极；所述u形n型场效应管子单元上部的开口端两边分别为源极或者漏极，u形n型场效应管子单元下部的连接端为栅极；所述n型场效应管子单元位于p型场效应管子单元上端且两者的栅极为一体结构。

5、可选的，所述场效应管单元为多组设置在同一基片上且呈平行式间隔竖向排列。

6、可选的，所述场效应管单元为多个且相互平行间隔排列在所述基片上，相邻的场效应管单元之间设有断裂槽。

7、可选的，所述栅极以及凸起部顶部与p型场效应管子单元下部的开口端连接处都连接有水平延伸至断裂槽的氮化钛片。

8、可选的，所述凸起部的顶部与n形p型场效应管子单元下部的开口端两边连接设有硅化钴块。

9、本发明还提供了一种共享栅极的垂直二维互补场效应管器件的制造方法，包括以下步骤：

10、s100在基片上加工凸起部及设置在凸起部上垂直于基片的场效应管单元雏形，每个场效应管单元雏形与凸起部一一对应设置，场效应管单元雏形包括两个场效应管子单元雏形，场效应管子单元雏形的两端设有骨架连接，对场效应管子单元雏形的上段和下段分别进行n型和p型掺杂处理，填充第一绝缘材料；

11、s200在骨架上设有第一蚀刻掩模，进行第一次蚀刻去除场效应管子单元雏形的上段之间的第一绝缘材料；

12、s300在场效应管子单元雏形的上段设置氮氧化硅层，露出场效应管子单元雏形的上段和下段连接处；

13、s400在露出的场效应管子单元雏形的上段和下段连接处生长一层跟基片具有相同晶格排列的单晶材料，使得同一场效应管子单元雏形的两个场效应管子单元连接，再进行后处理工艺，得到具有共享栅极的垂直二维互补场效应管器件。

14、可选的，s100步骤中的凸起部和场效应管子单元雏形加工工艺如下：

15、s10根据p型场效应管子单元和/或n型场效应管子单元开口端的片距和场效应组的组间距离，在基片表面以场效应管子单元的厚度尺寸为宽度设置第一成型线膜层，根据设定距离在基片表面间隔设置与第一成型线膜层相交的第一蚀刻掩模；

16、s20对基片进行第一次预蚀刻，在同一场效应组的两个场效应管子单元雏形之间形成第一深度的第一凹槽，在场效应组的外侧形成第二深度的第二凹槽，形成场效应管单元雏形；第一深度小于第二深度且两者的高度差形成基片的凸起部；

17、s30去除第一成型线膜层和第一蚀刻掩模，进行掺杂处理后，向第一凹槽和第二凹槽中填充第二绝缘材料并进行平整处理，恢复第一成型线膜层和第一蚀刻掩模，进行第二次预蚀刻，除场效应管子单元雏形根部外，在第一凹槽和第二凹槽处保留第二绝缘材料层；

18、s40进行钴渗透处理在场效应管子单元雏形根部形成硅化钴块；在相邻效应模组的两个场效应管子单元雏形根部之间设置氮化钛连接。

19、可选的，在s300步骤中，所述后处理工艺包括：

20、s410向场效应管子单元雏形的上段之间填充第一绝缘材料并进行平整处理，在除骨架之外设置第二蚀刻掩模，进行第二次蚀刻形成第三深度的第三凹槽，第三深度至栅极下边缘；

21、s430在第三凹槽填充第二绝缘材料并平整后，进行第三次蚀刻形成第四深度的第四凹槽，第四深度栅极上边缘；在第四凹槽的侧壁设置第一绝缘材料膜层；

22、s450通过第四凹槽蚀刻中间栅极段形成门槽，对门槽的侧壁形成第二绝缘材料层，采用金属填充门槽形成金属层；

23、s470采用第一绝缘材料填充第四凹槽，在相邻的场效应组中间位置实施智能扩散断裂切割。

24、可选的，在s10步骤中，所述第一成型线膜层的设置方式如下：

25、s11在硅材质的基片表面设置聚合层，间隔设置条状保护进行干式光刻，形成多个间隔条状聚合层；

26、s12在干式光刻的凹槽内填充第一绝缘材料并平整后，进行第一次侧墙蚀刻在条状聚合层两侧形成第一绝缘材料层；

27、s13在侧墙蚀刻的凹槽内填充含碳材料并抛光磨平；

28、s14去除条状聚合层，填充第二绝缘材料，进行第二次侧墙蚀刻在第一绝缘材料层背离填充含碳材料侧形成第二绝缘材料层；

29、s15去除第一绝缘材料层和含碳材料，保留的第二绝缘材料层即为第一成型线膜层。

30、可选的，在s30步骤中，掺杂处理方式如下：

31、对同一场效应组的两个场效应管子单元雏形的上端和下端分别进行n型源漏极和p型源漏极掺杂处理；

32、在同一场效应组的两个场效应管子单元雏形的上端和下端的连接片进行栅极掺杂处理。

33、本发明的共享栅极的垂直二维互补场效应管器件及其制造方法，通过在基片上加工凸起部及垂直于基片的场效应管子单元雏形，每个凸起部顶端对应设置两个场效应管子单元雏形，场效应管子单元雏形的两端设有骨架连接，同一凸起部顶端的两个场效应管子单元雏形为一个组，对场效应管子单元雏形的上段和下段分别进行n型和p型掺杂处理，填充第一绝缘材料；在骨架上设有第一蚀刻掩模作为保护层，进行第一次蚀刻去除场效应管子单元雏形的上段之间的第一绝缘材料，由于场效应管子单元雏形两端保护有骨架，对垂直场效应器件雏形两端形成张拉骨架结构，使得场效应管子单元雏形不会倒掉；在场效应管子单元雏形的上段设置氮氧化硅层，露出场效应管子单元雏形的上段和下段连接处生长一层跟基片具有相同晶格排列的单晶材料，使得同一组的两个场效应管子单元连接，再进行后处理工艺得到共享栅极的垂直二维互补场效应管器件；由于形成的n型场效应管子单元和p型场效应管子单元共享栅极，且在共享栅极处设置金属连接，因此，不需要给各场效应管子单元增设线路连接，避免了连接线路占据空间，从而可以进一步提高在垂直二维场效应器件的集成度。

34、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

35、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。