[发明专利]鳍式场效应晶体管(FINFET)

说明书

技术领域

本发明涉及鳍式场效应晶体管(FinFETs)及其制造方法，尤其涉及一种制作于块状硅晶片上的鳍式场效应晶体管，此晶片一般用于制作平面式块状场效应晶体管(planar bulk FETs)。

背景技术

FinFET是一种场效应晶体管，其具有一从基材突出的狭窄半导体材料有源区域，因此，类似于鳍(fin)。此鳍包括源极区域与漏极区域。鳍的有源区域通过浅沟槽隔离(shallow trench isolation，STI)而被分隔，一般通过二氧化硅(SiO₂)。鳍式场效应晶体管也包括一位于源极区域与漏极区域之间的栅极区域。栅极区域形成于鳍的上表面与侧壁，以包裹围绕鳍。在栅极下方延伸且介于源极区域与漏极区域之间的鳍的部分为沟道区域。

在先进的CMOS(比32nm节点更高级)中，鳍式场效应晶体管(FinFET)被认为是取代传统的平面式块状MOSFETs的主要候选物，主要归功于FinFET对于沟道具有较佳的栅极控制，从而避免短沟道效应(short-channel effect)并改善I_on/I_off比值。

有一种鳍式场效应晶体管(FinFET)制作于绝缘体上覆硅(silicon on insulator，SOI)晶片上。SOI FinFETs的一个优点在于，有一氧化层位于鳍之下，因此可阻挡漏电流(leakage current)，使得从源极到漏极的漏电流低。

另一种鳍式场效应晶体管(FinFET)制作于传统的块状硅晶片上。这种鳍式场效应晶体管被称为块状鳍式场效应晶体管。由于以下两个原因，认为制作鳍式场效应晶体管于传统的块状硅晶片上是有利的：(i)块状晶片的成本较低，以及(ii)可以选择把传统平面式块状场效应晶体管与鳍式场效应晶体管整合于单一产品中。

在鳍式场效应晶体管(FinFET)中，源极与漏极区域被重掺杂。源极区域与漏极区域各自具有第一导电类型(n型适用于NMOS，p型适用于PMOS)。现有的块状鳍式场效应晶体管的问题在于，从源极到漏极之间有一漏电流路径穿过鳍的一部分，此部分不受栅极控制，亦即，鳍的位于栅极之下且相邻于浅沟槽隔离(STI)的部分。从源极到漏极之间且穿过鳍的下部分的漏电流称为贯穿漏电流(punch-through leakage)。贯穿漏电流会导致不希望产生的静态功耗增加。

为了解决块状鳍式场效应晶体管的贯穿漏电流的问题，鳍的下部分掺杂的导电类型与源极和漏极区域的导电类型相反(p型适用于NMOS，n型适用于PMOS)。将一贯穿停止物(punch-through-stopper，PTS)掺杂质注入到直接位于沟道下方并位于源极与漏极区域下方的鳍的部分中。

贯穿停止物(PTS)掺杂的结果将导致在鳍的源极区域与漏极区域中，鳍的上部分(具第一导电类型)与鳍的下部分(具第二导电类型，第二导电类型与第一导电类型相反)之间会产生突变结(abrupt junction)。此结分别介于源极区域与基材之间、以及漏极区域与基材之间，实际上具有二极管的功能。

对数字电路NMOS基材施加0伏特的偏压，源极与漏极电位介于0到供电电压V_dd之间。对于PMOS而言也一样，情况刚好互补。因此，在CMOS电路应用中，二极管不是未施加偏压(unbiased)就是施加逆向偏压(reverse-biased)。

当N++/P+(NMOS)或P++/N+(PMOS)二极管为逆向偏压时，会有高电场穿过(across)高突变n/p结(abrupt n/p junction)。由于该高电场，n型和p型半导体的导带(conduction band)与价带(valence band)严重地扭曲，电子从价带(会留下空穴)穿隧到(tunnel)导带，或者是反过来。此种穿隧可以是单纯的量子力学(pure quantum mechanical)，或热辅助(thermally assisted)，或陷阱辅助(trap-assisted)。于后者，漏电流会由于注入工艺中产生的二极管结构损伤而增加。已知此效应称为能带对能带穿隧(band-to-band tunneling，BTBT)。能带对能带穿隧会造成漏电流穿过(across)逆向偏压N++/P+(NMOS)或P++/N+(PMOS)二极管，因而阻碍块状鳍式场效应晶体管于低备用状态功率(low standby power)的应用。