[发明专利]鳍型场效应晶体管及其制造方法

说明书

本发明公开了鳍型场效应晶体管及其制造方法。该鳍型场效应晶体管包括：半导体主体，形成在衬底上，半导体主体具有顶面和侧向相对的侧壁；以及栅极电极，形成在半导体主体的顶面和侧壁上方，其中，半导体主体包括：在半导体主体的一个端部内的源极区，在半导体主体的另一个端部内的漏极区，以及与源极区和漏极区邻接的由栅极电极包围的沟道区，源极区、漏极区和沟道区具有相同的导电类型，并且其中，沟道区内的掺杂浓度从靠近由顶面和侧壁组成的表面的区域到远离所述表面的区域逐渐减小。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种具有渐变沟道掺杂轮廓的鳍型场效应晶体管（FinFET）及其制造方法。

背景技术

在集成电路器件的制造中，随着器件尺寸的持续减小，诸如三栅极晶体管之类的多栅极晶体管已经变得流行。在传统的三栅极晶体管中，源极和漏极被重掺杂为n型而栅极下的沟道区被轻掺杂为p型。在这样的传统三栅极晶体管中，随着当代CMOS器件中结之间的距离缩短至10nm以下，极端高的掺杂浓度梯度变为必要的。由于扩散规律以及掺杂原子的分布的统计本质，这样的结意味着对于半导体工业的日益困难的制造挑战。

在Jean-Pierre Colinge等人的论文“Nanowire transistors withoutjunctions”（Nature Nanotechnology，vol.5，no.3，pp.225–229，Mar.2010）中，提出一种无结纳米线晶体管。在n型无结纳米线晶体管的情况下，源极、漏极以及沟道区被均匀地重掺杂为相同的n型杂质极性。在p型无结纳米线晶体管的情况下，源极、漏极以及沟道区被均匀地重掺杂为相同的p型杂质极性。

发明内容

本发明的发明人发现，对于三栅极无结晶体管，在其沟道区具有均匀掺杂轮廓的情况下，在关断状态下薄的半导体层从外层被耗尽而泄露电流流过半导体层的中心，该泄露电流取决于半导体层的几何形状。换言之，在三栅极无结晶体管的沟道区被均匀地重掺杂的情况下，在关断时在半导体层的中心位置处不容易实现夹断。

本发明的一个目的是提供具有渐变沟道掺杂轮廓的FinFET，以及形成这种FinFET的方法。根据本发明的具有渐变沟道掺杂轮廓的FinFET能够解决上述在器件关断时在半导体层的中心位置处不容易实现夹断的问题，进而克服短沟道效应，并且能够实现改善的器件开关特性。

根据本发明的第一方面，提供了一种FinFET，包括：半导体主体，形成在衬底上，半导体主体具有顶面和侧向相对的侧壁；以及栅极电极，形成在半导体主体的顶面和侧壁上方。半导体主体包括：在半导体主体的一个端部内的源极区，在半导体主体的另一个端部内的漏极区，以及与源极区和漏极区邻接的由栅极电极包围的沟道区，源极区、漏极区和沟道区具有相同的导电类型。沟道区内的掺杂浓度从靠近由所述顶面和所述侧壁组成的表面的区域到远离所述表面的区域逐渐减小。

优选地，沟道区内的某位置处的掺杂浓度相对于该位置到所述表面的最小距离的分布基本上符合余误差函数分布或者高斯分布。

优选地，衬底是体硅衬底，半导体主体形成在体硅衬底的有源区上，并且体硅衬底的有源区具有与源极区、漏极区和沟道区的导电类型不同的导电类型。在源极区、漏极区和沟道区的导电类型是n型和p型中的一个的情况下，体硅衬底的有源区的导电类型是n型和p型中的另一个。

优选地，FinFET还包括：栅极电介质，形成在半导体主体的顶面和侧壁上，并且栅极电极形成在栅极电介质上。

优选地，源极区和漏极区具有均匀的掺杂浓度，并且源极区的掺杂浓度和漏极区的掺杂浓度大于等于沟道区内的最大掺杂浓度。源极区的掺杂浓度和漏极区的掺杂浓度可以相同或不同。

优选地，半导体主体的顶面呈圆弧形。更优选地，半导体主体的顶面的截面呈半圆形。可替代地，半导体主体的顶面可以是平坦的。可替代地，半导体主体的顶面可以是中部平坦而两侧呈圆弧形的。