[發明專利]一種雙柵極鰭式場效晶體管形成方法及結構

有效

• 申請號: 201711177128.5
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107731927B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發明（設計）人: 鮑宇
• 申請（專利權）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/8234
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 嚴羅一

本發明公開了一種能夠在鰭垂直方向上設置多個柵極介質層從而有效降低鰭有效溝道底部的漏電，有效優化鰭式場效晶體管結構的方法以及根據該方法而制成的鰭式場效晶體管及其形成方法。本發明提供的雙柵極鰭式場效應晶體管的結構，其通過在鰭外側面形成一個柵極作為控制柵，在鰭內側面形成另一個柵極作為驅動柵，該結構不僅可以降低鰭的有效溝道底部的漏電，且通過調節控制柵的厚度可以有效改變驅動柵的閾值電壓，還可以提高器件性能。

技術領域

本發明涉及一種半導體制備工藝，尤其涉及一種雙柵極鰭式場效晶體管形成方法及結構。

背景技術

隨著半導體器件的尺寸越來越小，短溝道效應愈加明顯。為了抑制短溝道效應，提出了在絕緣體上硅(SOI，Silicon-On-Insulator)晶片或塊狀半導體襯底上形成的FinFET(Fin Field-Effect Transistor)。FinFET包括在半導體材料的鰭片(fin)的中間形成的溝道區，以及在鰭片兩端形成的源/漏區。柵電極在溝道區的兩個側面包圍溝道區(即雙柵結構)，從而在溝道各側上形成反型層。由于整個溝道區都能受到柵極的控制，因此能夠起到抑制短溝道效應的作用。

相比于傳統的雙柵(dual gate)結構的制作方法，如圖1所示的美國專利US 7,491,589B2提出了一種分別形成驅動柵(drive gate)和控制柵(control gate)的工藝流程。提出的雙柵(dual gate或double gate)結構，通過調節控制柵可以有效改變驅動柵的閾值電壓，提高器件性能。

然而在批量生產中，一方面，由于離子注入工藝很難在fin的垂直方向上分布均勻，使得fin的上下部分存在差異。另一方面，fin的有效溝道底部漏電較高。這就需要優化柵極結構來提升器件性能。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術中存在上述缺陷，提供一種能夠在鰭垂直方向上設置多個柵極介質層從而有效降低鰭有效溝道底部的漏電，有效優化鰭式場效晶體管結構的方法以及根據該方法而制成的鰭式場效晶體管。

本發明首先提供了一種雙柵極鰭式場效晶體管的形成方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種雙柵極鰭式場效晶體管的形成方法，包括以下步驟：

S1提供一半導體襯底，在所述半導體襯底上形成一埋氧層；

S2在所述埋氧層上形成第一半導體層，并對所述第一半導體層圖形化形成半導體鰭片層；

S3在所述半導體鰭片層的頂面及兩側面外延生長形成第二半導體層；

S4在所述第二半導體層及埋氧層上表面形成第一柵氧化層；

S5在所述第一柵氧化層表面形成第一柵極層；

S6在所述第一金屬柵表面形成一氧化層并平整化所述氧化層使所述第一金屬柵頂面露出；

S7對所述第一金屬柵進行回刻并回刻停止于所述半導體鰭片層內；

S8去除所述半導體鰭片層以形成第一復合結構；

S9在所述第一復合結構表面形成第二柵氧化層；

S10在所述第二柵氧化層表面形成第二柵極層；

S11繼續柵極和源漏區的制備工藝，以形成最終的雙柵極鰭式場效晶體管

為了進一步優化上述技術方案，本發明所采取的技術措施為：

優選的，所述第二半導體層的材質為SiGe。

優選的，所述第一柵極層材質為多晶硅。

優選的，所述第二柵極層材質為金屬。