[发明专利]具有穿通势垒和泄漏保护区的FIN-FET晶体管

说明书

本发明公开了一种形成场效应晶体管的方法和一种场效应晶体管器件，所述方法包括：在衬底中形成具有第一导电类型的穿通区；在衬底上形成具有第一导电类型的外延层；对外延层图案化以形成从衬底突出的鳍部；在鳍部上形成伪栅极和栅极侧壁隔垫物，从而在伪栅极的相对的侧部上限定鳍部的初始源极区和初始漏极区；去除鳍部的初始源极区和漏极区；将第二导电类型的掺杂剂原子注入衬底和穿通区的暴露部分中；以及在伪栅极和栅极侧壁隔垫物的相对的侧部上形成具有第二导电类型的源极区和漏极区。

技术领域

本发明涉及场效应晶体管及其制造方法。具体地说，本发明涉及鳍型场效应晶体管（FinFET）器件以及制造FinFET器件的方法。

背景技术

为了提供具有较大操作速度和集成度增加的半导体器件，已经逐渐地减小了MOS场效应晶体管（MOSFET）的沟道长度。然而，在平面型MOSFET中，这会导致短沟道效应，该短沟道效应会降低器件的沟道驱动能力。为了控制平面型MOSFET的阈值电压，增大沟道中的杂质浓度是理想的。然而，这会降低沟道中的载流子的移动性，从而会减小器件的导通状态电流。因此，在平面型MOSFET中，在保持更快的操作速度和增加的集成度的同时抑制短沟道效应会是困难的。

鳍型场效应晶体管（FinFET）器件具有能够减小短沟道效应的结构。FinFET器件包括具有三维鳍形状的有源区，有源区包括位于沟道区的相对侧部上的源极区和漏极区。沟道区由栅电极包围。因此，三维沟道可沿着鳍部的表面形成。因为沟道形成在鳍部的上表面和侧壁上，所以与常规平面型MOSFET相比，FinFET器件在相对小的水平区域中可具有较大的有效沟道宽度。因此，与相似尺寸的常规平面型MOSFET器件相比，FinFET半导体器件可具有相对小的尺寸和更快的操作速度。

不理想的是，与平面型MOSFET的栅致漏极泄漏（GIDL）电流相比，FinFET器件会经受更高的GIDL电流。为了减小GIDL电流，理想的是使得源极区/漏极区与栅电极之间的重叠区域最小化或使其减小。然而，用于形成源极区/漏极区的工艺会包括掺入杂质和通过热处理激活杂质。热处理会导致杂质的水平和/或竖直扩散，这会增大高度掺杂的源极区/漏极区与栅电极之间的重叠区域。结果，可能不能显著减小GIDL电流。

发明内容

根据一些实施例的一种形成场效应晶体管的方法包括步骤：提供衬底；在所述衬底中形成穿通区，所述穿通区具有第一导电类型；在所述衬底上形成外延层，所述外延层具有第一导电类型；对所述外延层图案化以形成从所述衬底突出的鳍部；在所述鳍部上形成伪栅极和栅极侧壁隔垫物，所述伪栅极和所述栅极侧壁隔垫物在所述伪栅极和所述栅极侧壁隔垫物的相对的侧部上限定了所述鳍部的初始源极区和初始漏极区；去除所述鳍部的初始源极区和初始漏极区，以形成源极凹陷区/漏极凹陷区；将第二导电类型的掺杂剂原子注入所述衬底和所述穿通区的暴露部分中，所述第二导电类型与所述第一导电类型相反；以及在所述伪栅极和所述栅极侧壁隔垫物的相对的侧部上形成源极区和漏极区，所述源极区和漏极区具有第二导电类型。

注入所述第二导电类型的掺杂剂的步骤可包括：利用基本零度注入来注入所述第二导电类型的掺杂剂，以在所述源极凹陷区/漏极凹陷区的底部附近形成泄漏保护区，而沿着所述源极凹陷区/漏极凹陷区之间的沟道区的侧部或靠近所述沟道区的顶部基本上不形成所述泄漏保护区。

在所述衬底上形成所述外延层之前，形成所述穿通区的步骤可包括：在所述衬底上形成牺牲层；将第一导电类型的掺杂剂原子通过所述牺牲层注入所述衬底中；以及去除所述牺牲层。

所述方法还可包括：将填隙俘获原子注入所述衬底中，以形成填隙俘获区。所述填隙俘获区可与所述穿通区重叠。所述填隙俘获原子可包括碳。

所述方法还可包括：在注入所述第一导电类型的掺杂剂原子之后，将所述衬底和所述牺牲层退火。

所述方法还可包括：在注入所述第二导电类型的掺杂剂原子之后，将包括所述鳍部的衬底退火。