[发明专利]鳍式场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

为了跟上摩尔定律的脚步，人们不得不不断地缩小MOSFET晶体管的特征尺寸。这样做可以带来增加芯片密度，提高MOSFET的开关速度等好处。随着器件沟道长度的缩短，漏极与源极的距离也随之缩短，这样一来栅极对沟道的控制能力变差，栅极电压夹断（pinch off）沟道的难度也越来越大，如此便使亚阀值漏电（Subthreshold leakage）现象，即所谓的短沟道效应（SCE:short-channel effects）更容易发生。

由于这样的原因，平面CMOS晶体管渐渐向三维（3D）鳍式场效应晶体管（Fin Field Effect Transistor，FinFET）器件结构过渡。在FinFET中，栅至少可以从两侧对超薄体进行控制，具有比平面MOSFET器件强得多的栅对沟道的控制能力，能够很好的抑制短沟道效应。而且相对其它器件具有更好的集成电路生产技术的兼容性。

参考图1，示出了现有技术一种FinFET的立体结构示意图。如图1所示，FinFET包括：半导体衬底15；位于半导体衬底15上的氧化埋层16（BOX，Buried Oxide）；所述氧化埋层16上形成有凸起结构，所述凸起结构为FinFET的鳍（Fin）17；栅极结构，横跨在所述鳍17上，覆盖所述鳍17的顶部和侧壁，栅极结构包括栅介质层（图中未示出）和位于栅介质层上的栅电极18。鳍17的顶部以及两侧的侧壁与栅极结构相接触的部分都成为沟道区，即具有多个栅，有利于增大驱动电流，改善器件性能。

然而，所述FinFET在工作过程中，靠近氧化埋层16的未耗尽区域中容易积累大量的空穴，这是由于氧化埋层16为绝缘材料，不利于所述空穴的扩散，所述空穴的积累造成电位的升高，从而影响FinFET的开启电压。这种现象被称为“浮体效应”（Floating Body Effect）。此外，所述氧化埋层16的热传导效果不好也会影响FinFET的性能。

参考图2，示出了现有技术的另一种FinFET的立体结构示意图。如图2所示，FinFET包括：半导体衬底10，所述半导体衬底10上形成有凸出结构；绝缘层11，覆盖所述半导体衬底10的表面以及凸出结构侧壁的一部分，凸出结构超出绝缘层11的部分成为FinFET的鳍（Fin）14；栅极结构，横跨在所述鳍14上，覆盖所述鳍14的顶部和侧壁，栅极结构包括栅介质层（图中未示出）和位于栅介质层上的栅电极12。

但是图2所示的FinFET的制造方法具有一定难度。参考图3，示出了图2所示场效应晶体管的制造方法的流程示意图。鳍式场效应晶体管的制造方法包括：执行步骤a，提供半导体衬底30；执行步骤b，在半导体衬底30上形成介质层37，在介质层37上形成光刻胶图形38；执行步骤c，以所述光刻胶图形38为掩模图形化所述介质层37和衬底30，在所述衬底30中形成多个凹槽39，所述凹槽39之间的半导体衬底37形成鳍40；执行步骤d，在所述凹槽39中填充氧化硅材料43；执行步骤e，通过平坦化工艺去除多余氧化硅材料43，使剩余氧化硅与介质层37齐平；执行步骤f，去除凹槽39中部分氧化硅材料，剩余氧化硅材料形成氧化硅层41；步骤g，在鳍40和介质层37上依次形成栅极介质层和栅极42。

在所述制造方法中，步骤c在图形化衬底30以形成鳍40时，难以控制所述凹槽39的深度，进而难以控制所形成的鳍40的高度。

在公开号为CN100521116C的中国专利中公开了一种鳍式场效应晶体管，但是没有解决上述技术问题。

发明内容

本发明提供一种鳍式场效应晶体管及其制造方法，在解决浮体效应的同时具有较好的工艺可控性。

为解决上述问题，本发明提出了一种鳍式场效应晶体管，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的绝缘层，所述绝缘层中形成有沿平行于半导体衬底的第一方向的凹槽；填充于所述凹槽中的半导体层；位于所述半导体层上的鳍；沿平行于半导体衬底的第二方向覆盖于所述鳍上的栅极结构，所述第二方向与所述第一方向垂直；沿平行于半导体衬底的第一方向位于所述鳍两侧、位于所述半导体层上的源极和漏极；其中，所述半导体层的材料与所述鳍的材料不同。

可选地，所述半导体层的材料与半导体衬底的材料不同。

可选地，所述鳍的材料为硅，所述半导体层为硅锗。

可选地，所述鳍为具有应力的硅。