[发明专利]具有两个独立栅极的鳍片场效应管以及制造它的方法

说明书

技术领域

本发明涉及鳍片场效应管，在下文中鳍片场效应管，将涉及包含多个鳍片场效应管的鳍片场效应管排列以及涉及制造一鳍片场效应管的方法。

背景技术

鳍片场效应管被认为是诸如互补型金属氧化物半导体CMOS等硅器件技术的未来工艺节点的候选器件。因为它提供了一个很好地通过栅极可控的沟道。在一些已知的器件中，栅电极被可导电的鳍形半导体层所包裹，允许量化控制在鳍形半导体层中的导电沟道。而且，鳍片场效应管可以很容易地以绝缘体上硅作为衬底来制造。

两个独立可寻址的栅电极对达到最终阈值调整来说是非常重要的选项，例如一些得益于多重阈值电压V_t的应用。另一个可独立寻址栅电极的优势在于：栅极功函数的偏移可以被补偿，这样使得栅极材料有一个很大的选择范围。把一个栅电极分成在鳍片两边的两个独立栅电极，可以通过沉积介电层，随后进行化学机械抛光(CMP)，或者通过如US 2005/0124120所述的使用各向同性蚀刻的自平坦化沉积(旋涂技术(spin-on techniques))来形成。然而，无论是化学机械抛光，还是自平坦化沉积，都在处理前端(即，在晶圆上形成晶体管结构的制造过程)很难运用。因为这些步骤的结果取决于器件的密度，这样就取决于相应晶圆上电路层。这减少了器件的产量，也影响了具有鳍片场效应管结构电路的性能和可靠性。

发明内容

提供一个具有独立可寻址的栅电极的鳍片场效应管很有必要，这可以制造出独立于电路层的可靠的电路。

根据本发明的第一方面，鳍片场效应管包括：

-一个单晶有源半导体层的鳍形层区域，所述鳍形层区域在绝缘衬底层沿纵向的鳍片方向上单晶有源半导体层的源极层区域延伸到漏极层区域；

-栅绝缘层，被置于在鳍形层区域的相反的两侧；

-两个分离的栅电极层，所述栅电极层不形成单晶有源半导体层的区域，每一个栅电极层面对鳍形层区域两个相反侧面中的一个，每一个栅电极层与相应的分离的栅接触极相连。

在本发明的第一方面的鳍片场效应管中，从一个垂直于纵向的鳍片方向的平面的剖面图来看，每一个栅电极层被置于衬底层上，位于单晶有源半导体层的鳍形层区域的相应侧面与相应接触电柱层区域之间。

本发明的鳍片场效应管结构使得在不需要化学机械抛光，自平坦化沉积或额外的光刻的情况下，制造分离，或者说独立的栅电极层。

使用补充光刻步骤会造成成本的增加，也会受限于规模扩大后的对齐问题。对比之下，鳍片场效应管具有在高集成度的情况下不产生额外制造复杂度或成本的优点。也就是说，本发明的鳍片场效应管特别适用于沟道长度在65nm以下的现有及将来的工艺节点。然而，本发明的鳍片场效应管并不仅仅局限于这些工艺节点的运用。

有源半导体层的接触电柱层区域是作为栅接触极的接触电柱的有源半导体层的层区域。换句话说，有源半导体层的接触电柱层区域形成基石或者底座，至少一部分栅接触极被置于这些基石和底座上。这样，至少一部分栅接触极的下表面就面对接触电柱层区域。接触电柱层区域在下文中会简称为接触电柱。

接触电柱层区域的功能和技术效果不仅限于电柱。值得注意的是，接触电柱层区域的存在可以紧靠着有源半导体层的鳍形层区域制造栅接触极。接触电柱层区域也可以对栅接触极电学性能起作用，即在鳍片场效应管工作时，把栅极电压加到相应栅电极层。接触电柱层区域的其他优势将在鳍片场效应管的其他实施例，以及后文中本发明的方法方面中具体描述。

鳍片场效应管有一从绝缘衬底延伸的单晶有源半导体层，这层不仅形成源极，漏极和鳍形层区域，而且还形成接触电柱层区域。名词“层区域”用来限定鳍形层区域，源层区域，漏层区域和接触电柱层区域，因为鳍片场效应管的源极和漏极是从同一个原始层(有源半导体层)而形成分开的区域。即有源半导体层在鳍片型器件结构中被图形化成功能上不同的区域。这在后文中方法方面的描述中会更详尽的描述。