[發明專利]多柵極場效應晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201110457448.2
• 申請日: 2011-12-31
• 公開（公告）號: CN103187446A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 趙猛
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅;李時云

技術領域

本發明涉及一種集成電路器件及其制造方法，尤其涉及一種多柵極場效應晶體管及其制造方法。

背景技術

近年來金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)不斷向縮小尺寸的趨勢發展，這是為了增加速度、提高組件集成度與降低集成電路的成本，晶體管的尺寸持續地減小，晶體管的縮小已經達到了各種性能的極限。其中柵極氧化物的厚度和源極/漏極結深度都達到了極限。

因此，業界開發出了多個柵極或多柵場效應晶體管(Multi-Gate?Transistors)，多柵極場效應晶體管技術是一種新型電路結構技術。傳統晶體管是每個晶體管只有一個柵用來控制電流在兩個結構單元之間通過或中斷，進而形成計算中所需的“0”與“1”。而多柵晶體管技術是每個晶體管有兩個或三個柵，從而提高了晶體管控制電流的能力，即計算能力，并且大幅降低了功耗，減少了電流間的相互干擾。其中，多柵極場效應晶體管是一種將一個以上柵極并入到單個器件的MOSFET中的器件結構，這意味著，溝道在多個表面上被幾個柵極包圍，從而能夠更多地抑制“截止”狀態時的漏電流，并能夠增強“導通”狀態下的驅動電流，這樣就獲得了較低功耗和性能增強的器件結構。

J.P.Colinge在一篇名稱為“FinFETs?and?other?Multi-Gate?Transistors”的美國文獻中介紹了多種類型的多柵極場效應晶體管，包括雙柵晶體管(Double-Gate，FinFET)，三柵晶體管(Tri-Gate)，歐姆形柵晶體管(Ω-Gate)以及四邊形柵晶體管(Quad-Gate)等。

其中，以雙柵晶體管為例，雙柵晶體管使用了兩個柵極以控制溝道，極大地抑制了短溝道效應。雙柵晶體管的一個具體變形就是鰭型晶體管(FinFET)，所述FinFET包括垂直的鰭狀結構和橫跨在所述鰭狀結構側面的柵極，在柵極兩側的鰭狀結構的兩端部分別為源極和漏極，柵極下的鰭狀結構中形成溝道。作為非平面器件，FinFET的鰭狀結構的尺寸決定了晶體管器件的有效溝道長度。FinFET與常規平面的MOS晶體管相比更加緊湊，能夠實現更高的晶體管密度和更小的整體微電子技術。此外，三柵晶體管是多柵晶體管的另一常見形狀，其中所述柵極橫跨在所述鰭狀結構的側面和頂部表面，以形成三面控制溝道，進一步提高器件的整體性能。

鰭狀結構的垂直方向高度和水平方向寬度和長度對驅動電流的性能、短溝道效應以及漏電流等都有巨大影響。例如垂直方向高度更高的鰭狀結構提供更高的驅動電流，水平方向寬度更小的鰭狀結構能夠更好地抑制漏電流，其中，水平方向長度影響了的鰭狀結構兩端的源極和漏極到柵極的距離，而該距離影響器件的溝道長度。然而，由于尺寸的限制，鰭狀結構水平方向長度會逐漸減小，器件的溝道長度會受到影響。因此，如何通過一種技術方法，提供足夠的溝道長度，以充分抑制短溝道效應和漏電流，從而提高多柵極場效應晶體管的性能成為業界亟待研究的課題。

發明內容

本發明的目的是提供一種本發明的目的是提供一種多柵極場效應晶體管的結構，并針對該結構提出一種多柵極場效應晶體管的制造方法，以提高多柵極場效應晶體管的遷移率。

未解決上述技術問題，本發明提供一種多柵極場效應晶體管，包括：基底，其上形成有層間介質層；鰭狀結構，位于所述層間介質層中，所述鰭狀結構包括中間區域和兩端區域；柵極，位于所述層間介質層中，并跨設于所述鰭狀結構的中間區域的頂面和側壁上；其中，所述鰭狀結構包括硅層和硅鍺層，所述硅層呈圓錐狀或圓臺狀，所述硅鍺層包裹于所述硅層上，所述硅層和硅鍺層中形成有溝道區。

進一步的，所述圓錐狀或圓臺體的硅層的母線與所述基底所在面的夾角為0～75°。

進一步的，所述硅鍺層中鍺的摩爾含量為5％～35％。

進一步的，所述柵極為多晶硅柵極或金屬柵極。

進一步的，所述柵極包括柵極介質層和位于所述柵極介質層上的柵極導電層。

進一步的，所述鰭狀結構的兩端區域中形成有源區和漏區。

進一步的，所述基底包括半導體層和位于所述半導體層上的氧化層。

本發明還提供一種多柵極場效應晶體管的制作方法，包括以下步驟：

提供基底，在所述基底上形成單質硅材質的初始鰭狀結構，所述初始鰭狀結構包括中間區域和兩端區域；

形成前置柵極，所述前置柵極橫跨于所述初始鰭狀結構的中間區域的側壁和頂面上；

在基底上覆蓋層間介質層，并進行化學機械研磨，直至暴露所述前置柵極的頂面；

刻蝕去除所述前置柵極，暴露所述初始鰭狀結構的中間區域；