[發明專利]半導體器件及其制造方法

有效

• 申請號: 200710186780.3
• 申請日: 2007-11-16
• 公開（公告）號: CN101192605A
• 公開（公告）日: 2008-06-04
• 發明（設計）人: 朱慧瓏;譚悅
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L27/02
• 分類號: H01L27/02;H01L27/12;H01L27/11;H01L27/088;H01L27/092;H01L21/82;H01L21/84;H01L21/8244;H01L21/8234;H01L21/8238
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所
• 代理人: 張波

技術領域

本發明涉及半導體器件，尤其涉及finFET器件。

背景技術

FinFET晶體管是一種MOSFET晶體管，其中柵電極位于溝道的兩側、三側或四側，或者包裹在溝道周圍，由柵極電介質分隔柵電極和溝道。雙柵極finFET利用了雙柵極構造，其中柵電極位于溝道的相對兩側。在三柵極finFET中，在晶體管的典型的矩形溝道的更多的一側設置柵電極。在四柵極finFET或包裹柵極finFET中，柵電極位于溝道的四側。與平面MOSFET相比，柵電極控制finFET的溝道的側面數量增加提高了finFET中溝道的可控性。對溝道改善的控制實現了更小的器件尺寸，具有更小的短溝道效應，并允許以高速可以切換更大的電流。已經給這些器件取了“finFET”的總名稱，因為鰭式側壁被用于形成MOSFET。FinFET器件比利用相似臨界尺寸的主流CMOS技術具有更快的開關時間、相當的或更高的電流密度以及得到大大提高的短溝道控制。

在典型的fihiFET結構中，在半導體“鰭”之內提供垂直側壁上的至少一個水平溝道，在襯底上從側面或沿邊緣設置。典型地，鰭包括具有基本矩形截面區域的單晶半導體材料。典型地，鰭的高度大于鰭的寬度，以實現finFET結構所用的半導體區域的更高的每單位面積的導通電流。為了獲得對短溝道效應(SCE)的理想控制，半導體鰭在器件溝道區中足夠薄，以確保形成完全耗盡的半導體器件。典型地，finFET中鰭的厚度，或水平寬度小于其柵極長度的三分之二，以便獲得對短溝道效應的良好控制。

倒置U形的柵電極常常跨騎在半導體鰭的中部并覆蓋柵極電介質層。在典型的雙柵極finFET中，柵極電介質層和柵極導體位于兩個彼此相對的半導體鰭側壁的每個上。具有相當厚度的間隔材料位于鰭的頂表面和倒置U形柵電極的頂部之間，使得鰭的頂表面不受其上的柵電極部分的直接控制。在典型的三柵極finFET中，倒置U形柵電極典型地位于兩個半導體鰭側壁上以及鰭結構的頂表面上。鰭的頂表面僅由柵極電介質層與柵電極頂部隔開并從而被柵電極控制。利用柵電極或其他掩模層作為掩模，在作為半導體鰭的端部的源極區和漏極區上執行離子注入，以提供暈(halo)、擴展部(extension)和源極/漏極摻雜。

然而，在提供改善的MOSFET性能的同時，造成了獨特設計難題。平面MOSFET器件對最小光刻尺度以上的器件寬度幾乎沒有限制且因此可以任意調節平面MOSFET的尺寸，而典型的finFET對于鰭具有相同的垂直尺度，因此對于給定的溝道長度將finFET的尺寸限制在最小尺寸finFET的整數倍。換言之，對于晶體管導通電流和關閉電流的控制而言，平面MOSFET提供了兩個參數，即溝道的寬度W和長度L，而finFET僅提供了一個參數，即finFET的長度L，因為對于所有的finFET而言鰭的高度并且因此而言溝道的寬度是固定的。因此，對于給定的晶體管長度L，其界定了導通電流和關閉電流之比，來自單個鰭的導通電流量是固定的。為finFET使用多個鰭提供了整數倍的總電流，但是單個鰭的導通電流的非整數分數部分或非整數倍需要并非顯而易見的或精心的處理方案和/或結構。而且，使用多個鰭會使用更多的硅表面面積，使得器件設計的面積效率更低。

然而，在設計高性能集成電路的時候常常需要具有不同導通電流的晶體管。這樣的一個例子是六晶體管SRAM單元，其中beta比(下拉(pulldown)NFET的導通電流與通過柵極(pass?gate)NFET的導通電流之比)需要保持在接近2，以實現SRAM單元的最佳性能。

盡管如Yang等人在“Fully?Working?125mm2?6T-SRAM?cell?with?45nmgate?length?Triple?Gate?Transistors”(IEDM?Tech?Dig.2003，pp23-26)中所例證的，可以改變finFET器件的長度以減小finFET的導通電流，使用更長的溝道長度不僅消耗更多的硅襯底面積，而且由于光學近似校正的復雜性，在柵極長度的物理尺度的變化性方面帶來了不定性。此外，不同的柵極長度給出不同的短溝道效應，這可能導致閾值電壓失配或Vdd變化導致的比例變化。