[發明專利]SRAM單元及其制作方法

有效

• 申請號: 201110282569.8
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN103022039A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 朱慧瓏;梁擎擎
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L27/11
• 分類號: H01L27/11;H01L21/8244
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 倪斌

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，涉及一種靜態隨機存取存儲器(SRAM)單元及其制作方法，其中SRAM單元由具有不同鰭片高度的鰭式場效應晶體管(FinFET)構成。

背景技術

與常規的晶體管相比，鰭式場效應晶體管(FinFET)由于其更快的開關速度、較高的電流密度以及對短溝道效應的更佳抑制，得到了越來越多的應用。在典型的FinFET中，溝道設置在半導體鰭片(fin)中。鰭片通常包括橫截面基本上為矩形的單晶半導體材料。鰭片的高度通常大于鰭片的寬度，以實現較高的每單位面積導通電流。

盡管FinFET相對于常規金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)提供了改進的性能，但是也帶來了一些設計挑戰。具體來說，常規MOSFET對于器件寬度基本上無限制，而FinFET通常具有相同高度的鰭片。換言之，為了控制晶體管的導通電流和截止電流，常規MOSFET提供兩個參數：溝道的寬度W和長度L；而FinFET僅提供一個參數：FinFET的長度L，這是因為鰭片的高度是固定的，因此溝道寬度固定。因此，對于給定的晶體管長度L(定義了導通電流與截止電流之比)，來自單個鰭片的導通電流量是固定的。

然而，在高性能集成電路中經常需要具有不同導通電流的晶體管。一個這樣的例子是6晶體管SRAM(靜態隨機存取存儲器)單元，其中下拉晶體管的導通電流與旁通閘閥(pass-gate)晶體管的導通電流之比(β比)需要保持接近2，以便實現SRAM單元的最佳性能。

圖1示出了作為示例的常規6晶體管SRAM單元的俯視圖。如圖1所示，在半導體襯底上設置了有源區103、柵電極104和第一級金屬布線105。該SRAM單元包括如下6個晶體管：第一上拉PFET(P型場效應晶體管)110、第一下拉NFET(N型場效應晶體管)120、第一旁通閘閥NFET?130、第二上拉PFET?111、第二下拉NFET?121、以及第二旁通閘閥NFET?131。在此，第一下拉NFET?120與相應的第一旁通閘閥NFET?130各自的有源區具有不同的寬度，以將β比維持在2左右。另外，下拉NFET?120、121與上拉PFET?110、111之間的寬度比也在2左右，以使得下拉NFET?120、121與上拉PFET?110、111之間的電流比(γ比)約為4。

對于常規的FinFET而言，鰭片通常具有相同的高度。這是因為為了便于鰭片的光刻構圖，不同FinFET中鰭片的物理高度需要保持一致。此外，與常規MOSFET器件不同，鰭片的物理寬度增加不會導致溝道寬度增加(或者電流增加)，因為溝道位于鰭片的側壁上。因此，對于采用FinFET的6晶體管SRAM單元而言，為了如上所述保持約為2的β比和/或約為4的γ比，需要采用一些應對措施。

一種措施是對下拉NFET使用兩個鰭片，而對旁通閘閥NFET僅使用一個鰭片。這種措施將會導致SRAM單元的布局面積增加。另一種措施是通過使溝道長度變長來弱化旁通閘閥NFET。具體地，例如通過使旁通閘閥NFET的柵電極變寬，從而相應地導致溝道長度變長，且因此導通電流降低。這種措施也會導致SRAM單元的布局面積增加。再一種措施是通過減小鰭片的高度來弱化旁通閘閥NFET。由于只改變了垂直方向上的尺寸，從而不會增加SRAM單元的布局面積。但是，目前尚不存在有效改變鰭片高度的手段。

因此，存在對于一種新穎的SRAM單元及其制造方法的需求，其中構成SRAM單元的FinFET具有不同的鰭片高度。

發明內容

本發明的目的在于提供一種SRAM單元及其制作方法，其中，能夠以簡單易行的方式來提供具有不同高度的鰭片。

根據一個實施例，提供了一種SRAM單元，包括：半導體層；以及在半導體層上形成的第一FinFET和第二FinFET，其中第一FinFET包括對半導體層構圖而形成的第一鰭片，第一鰭片具有第一頂面和第一底面，第二FinFET包括對半導體層構圖而形成的第二鰭片，第二鰭片具有第二頂面和第二底面，其中，第一頂面與第二頂面持平，第一底面和第二底面接于半導體層，且第二鰭片的高度高于第一鰭片的高度。