[发明专利]栅极具有不同功函数的双栅极半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及双栅极半导体器件及其制造方法。具体地，本发明涉及具有双栅极配置的绝缘栅场效应晶体管。

背景技术

由于存在增加集成电路中的半导体器件密度的持续需要，因此，要求减小这种器件尺寸。然而，当常规器件的栅极长度减少到大约100nm以下时，将面临伴随诸如源极和漏极之间的过度泄露之类的短沟道效应的问题。因此，需要新的器件配置以进一步减小器件的尺寸。已经发展的新结构为双栅极金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，其中可使用两个栅极以控制短沟道效应。FinFET是能提供良好的短沟道性能的双栅极结构。

US-A-6853020公开了一种FinFET。沟道形成在具有在鳍状物(Fin)的相反边上的两个栅极的半导体材料的垂直鳍状物上。每个栅极掺杂有与另一栅极相反导电类型的杂质，导致不同的各个功函数。

发明内容

本发明提供一种半导体器件，包括：半导体材料的鳍状物，位于绝缘衬底上；第一栅极，通过栅极电介质层与所述鳍状物的第一边分离，所述第一栅极的至少一部分面向由多晶硅形成的鳍状物；以及第二栅极，通过栅极电介质层从鳍状物的与第一边相对的第二边分离，所述第二栅极的至少一部分面向由金属硅化物形成的鳍状物。

由于具有面向由多晶硅形成的鳍状物的第一栅极的部分，和由金属硅化物形成的第二栅极的相应部分，这两个栅极表现出不同的功函数，引起更好的短沟道控制。

第一栅极和/或第二栅极可以掺杂有掺杂剂原子。可以使用各种掺杂剂类型和浓度以改变各个栅极的功函数。因此，可以应用这种方式掺杂一个或两个栅极以按照良好可控的方式调节各个栅极的功函数。例如，掺杂剂原子可包括砷原子。

此外，可选择不同的硅化物相用于第二栅极(通过改变半导体与金属材料的比率)以改变第二栅极的功函数，而不依赖于第一栅极的功函数。另外，第二栅极的功函数也可以通过改变用以形成硅化物的金属而改变。

在较优实施例中，金属硅化物层形成在第一栅极的多晶硅部分上。这种层可通过提供从多晶硅部分到器件的栅极电极的较低的电阻路径而减少栅极的串联电阻。

本发明还提供一种制造双栅极半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：

(a)配置具有顶部表面的绝缘衬底；

(b)在所述绝缘衬底的顶部表面上形成半导体材料的鳍状物，所述鳍状物具有第一和第二相对的边；

(c)沉积多晶硅层；

(d)在所述鳍状物的第一边上延伸的那部分多晶硅层上形成局部氧化物层；

(e)沉积金属层；以及

(f)退火，使得通过多晶硅和在所述鳍状物的第二边上叠置的金属形成金属硅化物。

在步骤(d)中形成的局部氧化物层导致选择性地形成金属硅化物，即在不存在氧化物层的那些区域，包括叠置鳍状物的第二边上的区域选择性地形成金属硅化物，同时多晶硅仍然保留在鳍状物的第一边上。

在本发明方法的较优实施例中，局部氧化物层形成步骤(d)包括以下步骤：

按照相对于衬底顶部表面非垂直的角度向衬底注入离子，使得在鳍状物的第二边上叠置的那部分多晶硅层中比在鳍状物的第一边上叠置的那部分多晶硅层注入更多数量的离子；

氧化多晶硅层的外表面，在鳍状物的第二边上叠置的所述部分多晶硅层中存在的更多数量的注入离子，导致在其上形成相对于在鳍状物的第一边上叠置的所述部分多晶硅层上的氧化物层更薄的氧化物层；以及

各向同性地刻蚀掉氧化物材料以留下所述局部层。

在该方法的可替代较优实施例中，局部氧化物层形成步骤(d)包括以下步骤：

在多晶硅层上形成氧化物材料层；

按照相对于衬底顶部表面的非垂直角度向衬底注入离子，使得在鳍状物的第二边上叠置的那部分氧化物层中比在鳍状物的第一边上叠置的那部分氧化物层中注入更多数量的离子；

刻蚀掉氧化物材料以留下所述局部层，在鳍状物的第二边上叠置的所述部分氧化物层上存在的大量注入离子，使得其比在鳍状物的第一边上叠置的那部分氧化物层更迅速地刻蚀掉。

例如，可以通过氧化多晶硅层的外表面来形成多晶硅层上的氧化物材料层。作为替代，也可以沉积。

较优地，注入离子包括氮离子。

应该理解的是：在执行根据本发明的方法时，可以采用较宽范围的金属以形成金属硅化物。较优地，所使用的金属为镍或铂。