[发明专利]FinFET及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术，更具体地涉及应变FinFET及其制造方法。

背景技术

集成电路技术的一个重要发展方向是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)的尺寸按比例缩小，以提高集成度和降低制造成本。然而，众所周知的是随着MOSFET的尺寸减小会产生短沟道效应。在MOSFET的尺寸按比例缩小时，栅极的有效长度减小，使得实际上由栅极电压控制的耗尽层电荷的比例减少，从而阈值电压随沟道长度减小而下降。

为了抑制短沟道效果，在美国专利US6,413,802中公开了在SOI上形成的FinFET，包括在半导体材料的鳍片(fin)的中间形成的沟道区，以及在鳍片两端形成的源/漏区。栅电极在沟道区的两个侧面包围沟道区(即双栅结构)，从而反型层形成在沟道各侧上。鳍片中的沟道区厚度很薄，使得整个沟道区都能受到栅极的控制，因此能够起到抑制短沟道效应的作用。

已知向MOSFET的沟道区施加合适的应力可以提高载流子的迁移率，从而减小导通电阻并提高器件的开关速度。然而，在FinFET中，在源/漏方向上难以向沟道施加合适的应力。因此，在FinFET中采用应变技术仍然是困难的。

发明内容

本发明的目的是提供一种应变FinFET以改善器件的性能。

根据本发明的一方面，提供一种制造FinFET的方法，包括：在半导体衬底上形成应力作用层；在应力作用层上形成半导体层；采用半导体层形成半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；在半导体鳍片的侧壁上形成栅极介质层；在栅极介质层上形成栅极导体层，使得栅极介质层夹在栅极导体层和半导体鳍片之间；以及在半导体鳍片的两端形成源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方与半导体鳍片平行延伸，并且应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。

根据本发明的另一方面，提供一种FinFET，包括：半导体衬底；半导体衬底上的应力作用层；应力作用层上的半导体鳍片，该半导体鳍片包括沿着其长度方向延伸的两个侧壁；半导体鳍片的侧壁上的栅极介质层；栅极介质层上的栅极导体层；以及半导体鳍片的两端处的源区和漏区，其中应力作用层在半导体鳍片下方与半导体鳍片平行延伸，使得应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力。

优选地，该应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向的第一尺寸大于沿着半导体鳍片的宽度方向的第二尺寸。

优选地，该应力作用层的第二尺寸大于半导体鳍片的宽度。

优选地，在形成栅极介质层和栅极导体层的步骤之间形成浅沟槽隔离，或者在形成半导体层和形成半导体鳍片之间形成浅沟槽隔离，以限定FinFET的有源区以及应力作用层的第一尺寸，使得应力作用层在半导体鳍片的长度方向上的两个端部与浅沟槽隔离邻接。

根据本发明的FinFET利用应力作用层沿着半导体鳍片的长度方向对半导体鳍片施加应力，以提高载流子的迁移率，从而减小导通电阻并提高器件的开关速度。

附图说明

图1至6示出根据本发明的一个实施例的用于制造FinFET的方法的一部分步骤中的半导体结构的截面图。

图7a、7b和7c示出根据本发明的一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的步骤中的半导体结构的俯视图以及沿着两个方向获取的截面图。

图8至11示出根据本发明的一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的一部分步骤中的半导体结构的截面图。

图12a、12b和2c示出根据本发明的另一个实施例的用于制造FinFET的方法的一个步骤中的半导体结构的俯视图以及沿着两个方向获取的截面图。

图13至23示出根据本发明的另一个实施例的用于制造FinFET的方法的进一步的一部分步骤中的半导体结构的截面图。

图24示出根据本发明的FinFET的透视图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其他的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。