一種改良的鰭式場效應電晶體及其製作方法與流程

2024-03-30 15:50:05

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種鰭式場效應電晶體及其製作方法。

技術背景

電晶體是集成電路中關鍵的元件。為了滿足電晶體更快速的需求，需要較高的驅動電流。另外，由於電晶體的驅動電流正比於電晶體的柵極寬度，為了提高驅動電流，需要較大的柵極寬度。

鰭式場效應電晶體具有一從基底突出的狹窄半導體材料有源區域作為鰭部，此鰭部包括源區與漏區，還包括源區與漏區之間的溝道區，柵極結構包括柵介質層以及位於柵介質層上的柵電極，柵極結構包裹覆蓋鰭部溝道區，與溝道區的上表面以及兩側接觸形成導電溝道，相當於增加了柵極寬度，有效增加了驅動電流，改善了器件性能。

隨著現有相關技術的進步，器件的特徵尺寸進一步下降，需進一步改善工藝，進一步增加驅動電流；同時，隨著鰭式場效應電晶體尺寸縮小，鰭的尺寸隨之縮小，造成源/漏區的電阻增加。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種改良的鰭式場效應電晶體，提高驅動電流，減小源/漏區的電阻，改善電晶體性能。

本發明的另一目的是提供上述改良的鰭式場效應電晶體的製作方法。

為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：

一種改良的鰭式場效應電晶體，包括：基底；位於所述基底上的鰭部，所述鰭部包括位於鰭部兩端的第一源區和第一漏區以及第一源區和第一漏區之間的溝道區；橫跨所述溝道區上表面以及兩側的柵極結構以及第一絕緣隔離層，所述第一絕緣隔離層位於所述柵極結構兩側，所述鰭部的第一源區和第一漏區厚度小於溝道區厚度，所述鰭部的第一源區和第一漏區兩側以及頂部分別形成晶格常數與鰭部不同的第二源區和第二漏區，所述第一源區與第二源區組成源區，所述源區寬度大於所述溝道區寬度，且所述源區厚度不小於溝道區厚度，所述第一漏區與第二漏區組成漏區，所述漏區寬度大於所述溝道區寬度，且所述漏區厚度不小於溝道區厚度，所述源區以及漏區垂直於柵極結構的兩側形成第二絕緣隔離層。

優選地，所述鰭部材料為矽，所述第二源區和第二漏區材料為矽鍺或碳化矽。

優選地，所述源區厚度以及漏區厚度與所述溝道區厚度相同。

優選地，所述第一源區以及第一漏區寬度小於所述溝道區寬度。

優選地，所述第一源區以及第一漏區兩側均投影在所述溝道區內部。

優選地，所述基底材料為絕緣體上矽。

一種鰭式場效應電晶體的製作方法，包括以下步驟：

(1)提供基底，並在所述基底上形成中間厚度大於兩端厚度的鰭部，其中厚度較薄兩端區域分別為第一源區和第一漏區，厚度較厚的中間區域即為溝道區；

(2)在所述溝道區的上表面以及兩側形成柵極結構以及位於所述柵極結構兩側的第一絕緣隔離層；

(3)在所述第一源區和第一漏區兩側以及頂部外延生長沉積晶格常數與鰭部不同的第二源區和第二漏區，所述第一源區與第二源區組成源區，所述源區寬度大於所述溝道區寬度，且所述源區厚度不小於溝道區厚度，所述第一漏區與第二漏區組成漏區，所述漏區寬度大於所述溝道區寬度，且所述漏區厚度不小於溝道區厚度；

(4)在所述源區以及漏區垂直於柵極結構的兩側形成第二絕緣隔離層，並且在源區以及漏區注入n型或p型雜質。

優選地，第(2)步之後，熱氧化第一源區以及第一漏區，之後去除氧化層，減小第一源區以及第一漏區面積。

相對於現有技術，本發明具有以下有益效果：

本發明所述鰭部的第一源區和第一漏區兩側以及頂部分別形成晶格常數與鰭部不同的第二源區和第二漏區，所述鰭部的第一源區和第一漏區厚度小於溝道區厚度，所以第二源區以及第二漏區分別與溝道區接觸，第二源區和第二漏區晶格常數與鰭部不同，因此會為溝道區引入壓應力或拉應力，從而提高溝道區的載流子遷移率；

所述第一源區與第二源區組成源區，所述源區寬度大於所述溝道區寬度，且所述源區厚度不小於溝道區厚度，所述第一漏區與第二漏區組成漏區，所述漏區寬度大於所述溝道區寬度，且所述漏區厚度不小於溝道區厚度，因此本發明源區以及漏區面積得到相應擴大，所以源區以及漏區電阻得到有效減少。

附圖說明

圖1為第一實施例結構示意圖；

圖2為第一實施例結構分解示意圖；

圖3A-圖3D為第一實施例製作過程示意圖；

圖4為第二實施例鰭部結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖以及實施例對本發明進行介紹，實施例僅用於對本發明進行解釋，並不對本發明有任何限定作用。

第一實施例

如圖1以及圖2所示，本實施例的改良的鰭式場效應電晶體，包括：基底100；位於所述基底100上的鰭部200，所述鰭部200包括位於鰭部200兩端的第一源區211和第一漏區221以及第一源區211和第一漏區221之間的溝道區230；橫跨所述溝道區230上表面以及兩側的柵極結構300以及第一絕緣隔離層400，所述第一絕緣隔離層400位於所述柵極結構300兩側，所述鰭部200的第一源區211和第一漏區221厚度小於溝道區230厚度，所述鰭部200的第一源區211和第一漏區221兩側以及頂部分別形成晶格常數與鰭部不同的第二源區212和第二漏區222，所述第一源區211與第二源區212組成源區210，所述源區210寬度大於所述溝道區230寬度，且所述源區210厚度不小於溝道區230厚度，所述第一漏區221與第二漏區222組成漏區220，所述漏區220寬度大於所述溝道區230寬度，且所述漏區220厚度不小於溝道區230厚度，所述源區210以及漏區220垂直於柵極結構的兩側形成第二絕緣隔離層500。

本實施例基底100材料優選為絕緣體上矽(SOI)，此時所述SOI的頂層矽層用於形成所述鰭部200；基底100材料也可為矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(GeSi)或者碳化矽(SiC)等半導體襯底，此時所述鰭部200通過對上述半導體襯底刻蝕後形成，之後在鰭部兩側的半導體襯底上形成表面低於鰭部的絕緣介質層；基底100材料也可為氧化矽等絕緣襯底，此時所述鰭部200通過外延工藝形成，鰭部200材料可為矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(GeSi)或者碳化矽(SiC)。

本實施例所述柵極結構300包括柵介質層以及柵介質層上的柵電極，所述柵介質層材料可為氧化矽、氮化矽或者氮氧化矽等，柵電極可為多晶矽、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬氮碳化合物、金屬氧化物、金屬氧氮化合物或金屬矽化物等導電材料，位於所述柵極結構300兩側的第一絕緣隔離層400用於隔離柵電極以及源漏電極，抑制柵極與源極或漏極產生漏電流，其材料可為氮化物或氧化物或其組合等。

本實施例所述鰭部的第一源區211和第一漏區221兩側以及頂部分別形成晶格常數與鰭部不同的第二源區212和第二漏區222，例如，所述鰭部200材料為矽，所述第二源區212和第二漏區222材料可為矽鍺或碳化矽等，所述鰭部200的第一源區211和第一漏區221厚度小於溝道區230厚度，所以第二源區212以及第二漏區222可以分別與溝道區230頂部接觸，第二源區212和第二漏區222晶格常數與鰭部200不同，因此會為溝道區230引入壓應力或拉應力，從而提高溝道區230的載流子遷移率，進而增加驅動電流，本實施例優選所述源區210厚度以及漏區220厚度與所述溝道區230厚度相同。

本實施例所述第一源區211與第二源區212組成源區210，所述源區210寬度大於所述溝道區230寬度，且所述源區210厚度不小於溝道區230厚度，所述第一漏區221與第二漏區222組成漏區220，所述漏區220寬度大於所述溝道區230寬度，且所述漏區220厚度不小於溝道區230厚度，相對於源區與漏區與溝道區截面面積相等的傳統鰭式場效應電晶體結構，本實施例源區210以及漏區220面積得到相應擴大，所以源區210以及漏區220電阻得到有效減少，有利於提高驅動電流，並且源區210與漏區220面積相應擴大使得源區210以及漏區220電極的引入工藝窗口更大，電極製作更為容易。

本實施例鰭式場效應電晶體的製作方法如圖3A-3D所示，包括以下步驟：

(1)如圖3A所示，提供基底100，並在所述基底100上形成中間厚度大於兩端厚度的鰭部200，其中厚度較薄兩端區域分別為第一源區211和第一漏區221，厚度較厚的中間區域即為溝道區230；

本實施例基底100材料優選為絕緣體上矽(SOI)，採用等離子體刻蝕等工藝刻蝕所述SOI的頂層矽層，形成所述鰭部200；基底100材料也可為矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(GeSi)或者碳化矽(SiC)等半導體襯底，此時所述鰭部200通過採用等離子體刻蝕等工藝刻蝕對上述半導體襯底刻蝕後形成，之後在鰭部兩側的半導體襯底上形成表面低於鰭部的絕緣介質層；基底100材料也可為氧化矽等絕緣襯底，此時所述鰭部200通過外延工藝沉積矽(Si)、鍺(Ge)、矽鍺(GeSi)或者碳化矽(SiC)等後，採用等離子體刻蝕等工藝刻蝕形成。

(2)如圖3B所示，在所述溝道區230的上表面以及兩側形成柵極結構300以及位於所述柵極結構300兩側的第一絕緣隔離層400；

本實施例所述柵極結構300包括柵介質層以及柵介質層上的柵電極，所述柵介質層可通過氧化鰭部200形成，氧化鰭部200後去除第一源區211以及第一漏區212上的氧化層，留下溝道區230上的氧化層作為柵介質層。

(3)如圖3C所示，在所述第一源區211和第一漏區221兩側以及頂部沉積晶格常數與鰭部不同的第二源區212和第二漏區222，所述第一源區211與第二源區212組成源區210，所述源區210寬度大於所述溝道區230寬度，且所述源區210厚度不小於溝道區230厚度，所述第一漏區221與第二漏區222組成220，所述漏區220寬度大於所述溝道區230寬度，且所述漏區220厚度不小於溝道區230厚度。

(4)如圖3D所示，在所述源區210以及漏區220垂直於柵極結構的兩側形成第二絕緣隔離層500，並且在源區210以及漏區220注入n型或p型雜質。第二實施例

如圖4所示，本實施例與第一實施例技術方案基本相同，不同之處在於，本實施例所述第一源區211以及第一漏區221寬度小於所述溝道區230寬度，具體地所述第一源區211以及第一漏區221兩側均投影在所述溝道區230內部，本實施例使得溝道區230兩側也與晶格常數不同的第二源區221以及第二漏區222接觸，進一步為溝道區230引入壓應力或拉應力，從而提高溝道區230的載流子遷移率，進而增加驅動電流。

本實施例製作方法在第(2)步之後，熱氧化第一源區211以及第一漏區221，之後去除氧化層，減小第一源區211以及第一漏區221面積，進而實現第一源區211以及第一漏區221兩側均投影在所述溝道區230內部。

以上實施例限於對本發明進行解釋，本發明還可以通過其他方法實現，例如：本發明製作方法第(1)步形成的鰭部厚度一致，後續第(2)步之後，熱氧化第一源區211以及第一漏區221，之後去除氧化層，減小第一源區211以及第一漏區221面積，進而實現第一源區211以及第一漏區221兩側均投影在所述溝道區230內部，同時實現鰭部200的第一源區211和第一漏區221厚度小於溝道區230厚度。