鳍式场效应晶体管及其制作方法技术

技术编号:8835314 阅读:126 留言:0更新日期:2013-06-22 21:11
本发明专利技术提供一种鳍式场效应晶体管及其制作方法,该晶体管包括:形成在半导体衬底上的鳍;第一栅极、第二栅极,第一栅极、第二栅极分别位于鳍的两侧,鳍的位于第一栅极、第二栅极之间的部分作为鳍式场效应晶体管的沟道,鳍的沟道以外的部分作为鳍式场效应晶体管的源极、漏极,第一栅极、第二栅极分别与源极、漏极构成具有不同阈值电压的第一晶体管、第二晶体管。当上述晶体管应用在静态随机存储器中时,且当存储器处于工作状态时,可控制整个晶体管的阈值电压处于较小值,以获得较佳的运算速度;当存储器处于闲置状态时,可控制整个晶体管的阈值电压处于较大值,以减小晶体管中漏电流的产生,降低静存储器的功率损耗。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体集成电路领域,特别是涉及一种。
技术介绍
随着半导体技术不断向高集成密度方向发展,静态随机存储器(Static RandomAccess Memory, SRAM)中CMOS晶体管的特征尺寸已经缩小到其技术节点。在其节点以下,传统的平面CMOS技术很难进一步发展,新的技术必须适时产生。在所提出的各种技术中,多栅晶体管技术被认为是最有希望能得到应用的技术。与传统单栅晶体管相比,多栅晶体管具有更强的短沟道抑制能力、更好的亚阈特性、更高的驱动能力以及能带来更高的电路密度。目前,鳍式场效应晶体管(FinFET)因其自对准结构可由常规的平面CMOS工艺来实现,从而成为最有希望能得到广泛应用的多栅晶体管。公开号为US20060088967A1的一篇专利文件公开了一种鳍式场效应晶体管,如图1所示,鳍式场效应晶体管包括形成在半导体衬底210上的鳍228、栅极232,鳍228沿着平行于半导体衬底表面的第一方向延伸,栅极232沿着平行于半导体衬底表面的第二方向延伸,并横跨过鳍228。即,栅极232可视为三部分组成,其中的两部分分别位于鳍228的两侦牝另一部分位于鳍228的上方。如果视作栅极232由三个栅极,位于鳍228两侧的栅极、位于鳍228顶部的栅极组成的话,现有鳍式场效应晶体管实际上可看作是一种栅极相互连接(tied-gate)的晶体管,即 TG finFET。但在由上述鳍式场效应晶体管制作形成的静态随机存储器的实际应用中发现,这种静态随机存储器存在诸多缺点:为了提高存储器工作时的运算速度,当存储器处于工作状态时,静态随机存储器中鳍式场效应晶体管的阈值电压(threshhold Voltage,Vth)通常会较小,当存储器处于闲置状态时,鳍式场效应晶体管的阈值电压(Vth)保持不变,即Vth依旧较小,造成晶体管产生较大的漏电流,致使晶体管的功率损耗较大。如果当存储器处于闲置状态时,使静态随机存储器中鳍式场效应晶体管的阈值电压(Vth)较大,虽然减小了漏电流的产生,但当存储器处于工作状态时,鳍式场效应晶体管的阈值电压(Vth)保持不变,即Vth依旧较大,会严重影响存储器的运算速度,造成存储器性能不佳。由此可见,上述静态随机存储器不能同时具备功率损耗低、运算速度高的优点。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是:静态随机存储器不能同时具备功率损耗低、运算速度高的优点。为解决上述问题,本专利技术将鳍式场效应晶体管的位于鳍顶部的栅极去除,以在鳍的两侧形成两个独立栅极,将这种具有两个独立栅极的鳍式场效应晶体管称作为DualIndependent-gate finFET (DIG finFET)。所述鳍的位于两个独立栅极之间的部分作为鳍式场效应晶体管的沟道,鳍的位于沟道以外的部分作为鳍式场效应晶体管的源极、漏极,两个栅极分别与源极、漏极构成两个具有不同阈值电压的晶体管。虽然两个栅极被鳍隔离,但两个栅极能发生静电稱合(electrostatic coupling)作用,当任何一个栅极被激发(向栅极施加电压)的状态发生改变时,整个鳍式场效应晶体管的阈值电压会发生变化。因此,可通过改变第一栅极、第二栅极的激发状态以实现对整个鳍式场效应晶体管的阈值电压进行调整:当包括上述鳍式场效应晶体管的静态随机存储器处于工作状态时,使两个栅极同时被激发,整个鳍式场效应晶体管的阈值电压处于较小值,以获得较佳的运算速度;当包括上述鳍式场效应晶体管的静态随机存储器处于闲置状态时,使两个栅极中的一个栅极被激发,整个鳍式场效应晶体管的阈值电压处于较大值,以减小晶体管中漏电流的产生,降低静态随机存储器的功率损耗。进一步地,本专利技术中鳍式场效应晶体管的栅极材料采用金属,以减小整个鳍式场效应晶体管的阈值电压、提闻电流驱动能力。鉴于此,本专利技术提供了一种鳍式场效应晶体管的制作方法,所述制作方法包括以下步骤:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成鳍,所述鳍沿着平行于半导体衬底表面的方向延伸;在形成有鳍的半导体衬底上沉积栅极材料层,去除部分所述栅极材料层以形成栅极,所述栅极由第一栅极、第二栅极、第三栅极三部分组成,所述第一栅极、第二栅极分别位于所述鳍的两侧,所述第三栅极位于所述鳍的顶部,所述鳍的位于所述第三栅极下方的部分作为所述鳍式场效应晶体管的沟道,所述鳍的沟道以外的部分作为所述鳍式场效应晶体管的源极、漏极,所述第一栅极、第二栅极分别与所述源极、漏极构成第一晶体管、第二晶体管,所述第一晶体管、第二晶体管的阈值电压不同;在形成有栅极的半导体衬底上沉积层间介质层,去除位于所述鳍上方的层间介质层及第三栅极,直至所述鳍露出,以在所述鳍的两侧形成两个独立的第一栅极、第二栅极。可选的,所述栅极材料层的材质为金属。可选的,所述鳍式场效应晶体管为P型晶体管,所述栅极材料层包括Mo。可选的,所述鳍式场效应晶体管为N型晶体管,所述栅极材料层包括Mo、Ta。可选的,在形成有鳍的半导体衬底上形成栅极的步骤包括:在形成有鳍的半导体衬底上依次沉积含Mo的栅极材料层、含Ta的栅极材料层,然后对所述含Ta的栅极材料层、含Mo的栅极材料层进行刻蚀,以形成所述栅极。可选的,对所述含Ta的栅极材料层、含Mo的栅极材料层进行刻蚀之后,对所述栅极进行退火处理。可选的,在形成有鳍的半导体衬底上沉积栅极材料层之后,去除部分所述栅极材料层之前,对位于所述鳍两侧的栅极材料层进行不同浓度的P型掺杂物或N型掺杂物的离子注入。可选的,在形成所述鳍之后,并在沉积栅极材料层之前,在所述鳍的暴露的侧壁及顶部上形成栅介质层,所述第一栅极、鳍之间的栅介质层的厚度与所述第二栅极、鳍之间的栅介质层的厚度不同。同时,本专利技术还提供了一种鳍式场效应晶体管,其包括:形成在半导体衬底上并沿着平行于半导体衬底表面的方向延伸的鳍;第一栅极、第二栅极,所述第一栅极、第二栅极与所述鳍之间形成有栅介质层,所述第一栅极、鳍及位于第一栅极、鳍之间的栅介质层贴合在一起,所述第二栅极、鳍及位于第二栅极、鳍之间的栅介质层贴合在一起,所述鳍的位于所述第一栅极、第二栅极之间的部分作为所述鳍式场效应晶体管的沟道,所述鳍的沟道以外的部分作为所述鳍式场效应晶体管的源极、漏极,所述第一栅极、第二栅极分别与所述源极、漏极构成第一晶体管、第二晶体管,所述第一晶体管、第二晶体管的阈值电压不同。可选的,所述第一栅极、第二栅极的材质为金属。可选的,所述鳍式场效应晶体管为P型晶体管,所述第一栅极、第二栅极的材质包括Mo。可选的,所述鳍式场效应晶体管为N型晶体管,所述第一栅极、第二栅极的材质包括 Mo、Ta。可选的,所述第一栅极、第二栅极包含不同浓度的P型掺杂物或N型掺杂物。可选的,所述第一栅极、鳍之间的栅介质层的厚度与所述第二栅极、鳍之间的栅介质层的厚度不同。与现有技术相比,本专利技术具有以下优点:可以调节鳍式场效应晶体管所在集成电路的阈值电压,以适应集成电路的不同应用需求。当鳍式场效应晶体管应用在静态随机存储器中时,且当静态随机存储器处于工作状态时,可控制整个鳍式场效应晶体管的阈值电压处于较小值,以获得较佳的运算速度;当静态随机存储器处于闲置状态时,可控制整个鳍式场效应晶体管的阈值电压处于较大值,以减小晶体管中漏电流的产生,降低静态随机存储器的功率损耗。附图说明为了能更清楚的说本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种鳍式场效应晶体管的制作方法,其特征在于,所述制作方法包括以下步骤:提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成鳍,所述鳍沿着平行于半导体衬底表面的方向延伸;在形成有鳍的半导体衬底上沉积栅极材料层,去除部分所述栅极材料层以形成栅极,所述栅极由第一栅极、第二栅极、第三栅极三部分组成,所述第一栅极、第二栅极分别位于所述鳍的两侧,所述第三栅极位于所述鳍的顶部,所述鳍的位于所述第三栅极下方的部分作为所述鳍式场效应晶体管的沟道,所述鳍的沟道以外的部分作为所述鳍式场效应晶体管的源极、漏极,所述第一栅极、第二栅极分别与所述源极、漏极构成第一晶体管、第二晶体管,所述第一晶体管、第二晶体管的阈值电压不同;在形成有栅极的半导体衬底上沉积层间介质层,去除位于所述鳍上方的层间介质层及第三栅极,直至所述鳍露出,以在所述鳍的两侧形成两个独立的第一栅极、第二栅极。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的制作方法,其特征在于,所述制作方法包括以下步骤: 提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成鳍,所述鳍沿着平行于半导体衬底表面的方向延伸; 在形成有鳍的半导体衬底上沉积栅极材料层,去除部分所述栅极材料层以形成栅极,所述栅极由第一栅极、第二栅极、第三栅极三部分组成,所述第一栅极、第二栅极分别位于所述鳍的两侧,所述第三栅极位于所述鳍的顶部,所述鳍的位于所述第三栅极下方的部分作为所述鳍式场效应晶体管的沟道,所述鳍的沟道以外的部分作为所述鳍式场效应晶体管的源极、漏极,所述第一栅极、第二栅极分别与所述源极、漏极构成第一晶体管、第二晶体管,所述第一晶体管、第二晶体管的阈值电压不同; 在形成有栅极的半导体衬底上沉积层间介质层,去除位于所述鳍上方的层间介质层及第三栅极,直至所述鳍露出,以在所述鳍的两侧形成两个独立的第一栅极、第二栅极。2.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,所述栅极材料层的材质为金属。3.根据权利要求2所述的制作方法,其特征在于,所述鳍式场效应晶体管为P型晶体管,所述栅极材料层包括Mo。4.根据权利要求2所述的制作方法,其特征在于,所述鳍式场效应晶体管为N型晶体管,所述栅极材料层包括Mo、Ta。5.根据权利要求4所述的制作方法,其特征在于,在形成有鳍的半导体衬底上形成栅极的步骤包括: 在形成有鳍的半导体衬底上依次沉积含Mo的栅极材料层、含Ta的栅极材料层,然后对所述含Ta的栅极材料层、含Mo的栅极材料层进行刻蚀,以形成所述栅极。6.根据权利要求5所述的制作方法,其特征在于,对所述含Ta的栅极材料层、含Mo的栅极材料层进行刻蚀之后,对所述栅极进行退火处理。7.根据权利要求1所述的制作方法,其特征在于,在形成有鳍的半导体衬底上沉积栅...

【专利技术属性】
技术研发人员:张海洋王新鹏
申请(专利权)人:中芯国际集成电路制造上海有限公司
类型:发明
国别省市:

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