[发明专利]SRAM单元及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，涉及一种静态随机存取存储器(SRAM)单元及其制作方法，其中SRAM单元包括具有不同鳍片高度的鳍式场效应晶体管(FinFET)。

背景技术

与常规的晶体管相比，鳍式场效应晶体管(FinFET)由于其更快的开关速度、较高的电流密度以及对短沟道效应的更佳抑制，得到了越来越多的应用。在典型的FinFET中，沟道设置在半导体鳍片(fin)中。鳍片通常包括横截面基本上为矩形的单晶半导体材料。鳍片的高度通常大于鳍片的宽度，以实现较高的每单位面积导通电流。

尽管FinFET相对于常规金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)提供了改进的性能，但是也带来了一些设计挑战。具体来说，常规MOSFET对于器件宽度基本上无限制，而FinFET通常具有相同高度的鳍片。换言之，为了控制晶体管的导通电流和截止电流，常规MOSFET提供两个参数：沟道的宽度W和长度L；而FinFET仅提供一个参数：FinFET的长度L，这是因为鳍片的高度是固定的，因此沟道宽度固定。因此，对于给定的晶体管长度L(定义了导通电流与截止电流之比)，来自单个鳍片的导通电流量是固定的。

然而，在高性能集成电路中经常需要具有不同导通电流的晶体管。一个这样的例子是6晶体管SRAM(静态随机存取存储器)单元，其中下拉晶体管的导通电流与旁通闸阀(pass-gate)晶体管的导通电流之比(β比)需要保持接近2，以便实现SRAM单元的最佳性能。

图1示出了作为示例的常规6晶体管SRAM单元的俯视图。如图1所示，在衬底上设置了有源区103、栅电极104和第一级金属布线105。该SRAM单元包括如下6个晶体管：第一上拉PFET(P型场效应晶体管)110、第一下拉NFET(N型场效应晶体管)120、第一旁通闸阀NFET 130、第二上拉PFET 111、第二下拉NFET 121、以及第二旁通闸阀NFET 131。在此，第一下拉NFET 120与相应的第一旁通闸阀NFET 130各自的有源区具有不同的宽度，以将β比维持在2左右。另外，下拉NFET 120、121与上拉PFET 110、111之间的宽度比也在2左右，以使得下拉NFET 120、121与上拉PFET 110、111之间的电流比(γ比)约为4。

对于常规的FinFET而言，鳍片通常具有相同的高度。这是因为为了便于鳍片的光刻构图，不同FinFET中鳍片的物理高度需要保持一致。此外，与常规MOSFET器件不同，鳍片的物理宽度增加不会导致沟道宽度增加(或者电流增加)，因为沟道位于鳍片的侧壁上。因此，对于采用FinFET的6晶体管SRAM单元而言，为了如上所述保持约为2的β比和/或约为4的γ比，需要采用一些应对措施。

一种措施是对下拉NFET使用两个鳍片，而对旁通闸阀NFET仅使用一个鳍片。这种措施将会导致SRAM单元的布局面积增加。另一种措施是通过使沟道长度变长来弱化旁通闸阀NFET。具体地，例如通过使旁通闸阀NFET的栅电极变宽，从而相应地导致沟道长度变长，且因此导通电流降低。这种措施也会导致SRAM单元的布局面积增加。再一种措施是通过减小鳍片的高度来弱化旁通闸阀NFET。由于只改变了垂直方向上的尺寸，从而不会增加SRAM单元的布局面积。但是，目前尚不存在有效改变鳍片高度的手段。

因此，存在对于一种新颖的SRAM单元及其制造方法的需求，其中构成SRAM单元的FinFET具有不同的鳍片高度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种SRAM单元及其制作方法，其中，能够以简单易行的方式来提供具有不同高度的鳍片。

根据一个实施例，提供了一种SRAM单元，包括：衬底；以及在衬底上形成的第一FinFET和第二FinFET，其中第一FinFET包括在衬底上设置的半导体层中接于半导体层形成的第一鳍片，第二FinFET包括在半导体层中接于半导体层形成的第二鳍片，半导体层包括多个半导体子层，其中第一鳍片和所述第二鳍片分别包括不同数目的半导体子层，且具有不同的高度。

根据另一实施例，提供了一种制作SRAM单元的方法，该SRAM单元包括第一FinFET和第二FinFET，该方法包括：在衬底上设置半导体层，半导体层包括多个半导体子层；对半导体层进行构图，以接于该半导体层形成第一鳍片和第二鳍片，其中第一鳍片和第二鳍片由不同数目的半导体子层构图而成，且具有不同的高度；以及基于第一鳍片和第二鳍片，分别形成第一FinFET和第二FinFET。