[发明专利]一种插入倒T形介质层的鳍式场效应晶体管及其制备方法

说明书

本发明提出了一种插入倒T形介质层的FinFET器件及其制备方法，属于超大规模集成电路制造技术领域。本发明通过在sub‑Fin区域形成超薄倒T形介质层，隔断了辐照后sub‑Fin区域连通源漏的泄漏电流通道，可以减小辐照引起的器件关态泄漏电流退化。与普通体硅FinFET相比，本发明器件关态泄漏电流更小；且制备方法与现有CMOS工艺完全兼容，可以免去PTS掺杂。

技术领域

本发明涉及一种鳍式场效应晶体管(inverted-T-shaped Dielectric InsertedFinFET,TDIFinFET)器件及其制备方法，属于超大规模集成电路制造技术领域。

背景技术

工作在外太空中的半导体器件受到电子、X射线、γ射线等辐照后，会产生总剂量辐射效应，导致器件特性发生变化，如阈值电压漂移、关态泄漏电流增加等，引起集成电路功耗增加、性能降低甚至功能失效。随着集成电路技术的飞速发展，器件特征尺寸已缩小到纳米尺度。FinFET器件具有良好的栅控能力，能够克服传统平面体硅器件所面临的短沟道效应、迁移率退化等问题，成为纳米级超大规模集成电路制造中的主流器件。目前工业界中22nm及以下技术代器件大部分是体硅FinFET器件。现有的研究表明，体硅FinFET器件受总剂量辐照后关态泄漏电流显著增加。总剂量辐照在浅槽隔离(STI)区中引入的氧化层陷阱电荷是导致器件关态泄漏电流增大的主因。特别是当Fin宽较小时，总剂量辐照引起的器件关态泄漏电流退化更加严重。为了使先进集成电路正常工作在恶劣的空间辐射环境中，需对FinFET器件进行抗辐射加固。

发明内容

为了提高FinFET器件的抗总剂量辐射能力，本发明提出一种新型抗总剂量辐射的插入倒T形介质层的FinFET器件(TDI FinFET)及其制备方法。

本发明提出的抗总剂量辐射的TDI FinFET器件在Fin条底部(sub-Fin区域)形成超薄倒T形介质层。该倒T形介质层由两垂直和水平部分组成，垂直部分是垂直于衬底部分介质层，位于器件沟道区下方，顶部位于Fin底部，两侧连接sub-Fin两边的STI区；水平部分是平行于衬底部分介质层，连接器件四周STI区底部。超薄倒T形介质层隔断了辐照后sub-Fin区域连通源漏的泄漏电流通道，可以减小辐照引起的器件关态泄漏电流退化。

具体的，本发明提供的抗总剂量辐射的TDI FinFET器件，包括半导体衬底，在半导体衬底上具有与衬底相连的Fin条结构，Fin条顶部至侧壁表面具有横跨Fin条的栅极结构，与栅极结构接触的Fin条部分构成沟道区；sub-Fin中插入超薄倒T形介质层，该介质层剖面形貌类似“倒T形”，倒T形介质层位于器件沟道区下方，连通sub-Fin两侧STI区，介质层底部连通器件四周STI区；源、漏位于沟道区两端。

上述抗总剂量辐射的TDI FinFET器件中，所述Fin条的材料可以是Si、Ge、SiGe、III-V族半导体材料或其异质结构。倒T形介质层的材料为SiO₂或其他介质材料。进一步的，上述TDI FinFET器件的倒T形介质层顶部位于Fin条底部，底部连接器件四周STI区底部，各部分厚度小于30nm。

本发明还提供了一种上述抗总剂量辐射的TDI FinFET器件的制备方法，包括以下步骤：

1)在半导体衬底上形成倒T形介质层，在介质层上方保留籽晶；

2)在倒T形介质层上方形成Fin条；

3)在Fin条下部形成浅槽隔离区；

4)在Fin条侧壁和顶部表面形成栅极结构，并在栅极结构的侧面形成侧墙；

5)光刻定义源漏区图形，掺杂并退火形成源漏。

以体硅衬底上形成倒T形SiO₂介质层为例，步骤1)中所述半导体衬底为体硅衬底，形成倒T形介质层的方法具体可包括：