[发明专利]高迁移率鳍型场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及鳍型场效应晶体管（FinFET），更特别地，涉及具有InGaAs和Ge量子阱结构的高迁移率FinFET及其制造方法。

背景技术

作为一直以来的一个趋势，金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）器件的持续性能改善可通过将这些器件“按比例缩小（scaling）”到更小尺寸来实现。场效应晶体管的沟道长度可被减小以增大操作速度和每芯片部件数。然而，当沟道长度减小到与源漏结的耗尽层宽度大约相同的量级时，出现了所谓的“短沟道效应”。

已经提出了高电子迁移率晶体管（HEMT）来克服短沟道效应引起的问题。高电子迁移率晶体管是一种场效应晶体管，其包括不同带隙的两种材料的结（即异质结）作为沟道，代替金属氧化物半导体场效应晶体管中一般使用的掺杂区域沟道。以GaAs/n-AnGaAs异质结为例，由于该异质结在GaAs一侧的导带中形成量子阱，所以n型AlGaAs层中产生的电子完全进入到GaAs层中，从而形成耗尽的AlGaAs层。电子可以在量子阱中迅速移动而不与任何杂质碰撞，因为GaAs层基本上是未掺杂的。这样，产生了非常高浓度的高迁移率传导电子薄层，也称为二维电子气。二维电子气的面电荷密度将受到施加到栅极的电压的控制。

克服短沟道效应的另一选项是使用鳍型场效应晶体管（FinFET）。与常规的平面型场效应晶体管不同，鳍型场效应晶体管的沟道从晶片表面隆起，而不是就在晶片表面下方。因此，可以使栅极包绕沟道的三个侧面，从而对沟道内的载流子提供更大的静电控制。

此外，还提出了将量子阱结构应用到鳍型场效应晶体管。然而，由于例如量子阱结构的材料和形成工艺以及鳍型场效应晶体管的几何构型等方面的限制，可用的量子阱鳍型场效应晶体管（QW-FinFET）较少。而且，量子阱鳍型场效应晶体管一般具有复杂的结构和制造工艺。

发明内容

本发明的一个方面在于提供一种量子阱鳍型场效应晶体管，其具有新颖的结构，并且能够简化制造n型和p型场效应晶体管的工艺。

根据本发明的一个方面，提供一种鳍型场效应晶体管（FinFET），包括：衬底；鳍体，设置在该衬底上，该鳍体包括：第一半导体鳍条，具有第一导电类型；以及第二半导体鳍层，共形地覆盖所述第一半导体鳍条，且具有与该第一导电类型不同的第二导电类型；栅极，覆盖所述鳍体，其中所述栅极和所述鳍体通过栅极绝缘层间隔开；以及源极和漏极，分别设置在所述栅极的相反两侧且接触所述第一半导体鳍条和所述第二半导体鳍层二者。

在本发明一示范性实施例中，所述第二半导体鳍层的带隙大于所述第一半导体鳍条的带隙。

在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体鳍条由锗量子阱层形成，且所述第一导电类型是p型。

在本发明一示范性实施例中，所述第二半导体鳍层由InGaAs量子阱层形成，且所述第二导电类型是n型。

在本发明一示范性实施例中，所述鳍体还包括势垒层，其共形地覆盖所述第二半导体鳍层。

在本发明一示范性实施例中，所述势垒层的带隙大于所述第二半导体鳍层的带隙。

在本发明一示范性实施例中，所述势垒层由n型InP层形成。

在本发明一示范性实施例中，所述第二半导体鳍层位于所述栅极的正下方。所述第一半导体鳍条的位于所述栅极正下方的部分与未被所述栅极覆盖的部分之间形成有台阶。

在本发明一示范性实施例中，所述FinFET还包括：缓冲层，设置在该衬底与该鳍体之间。该缓冲层可由SiGe、GaAs或AlGaAs形成。所述半导体衬底可以是硅（111）衬底。

在本发明一示范性实施例中，所述源极和漏极主要由InGaAs形成。

根据本发明的另一方面，提供一种形成鳍型场效应晶体管（FinFET）的方法，包括：在衬底上形成第一半导体鳍条，该第一半导体鳍条具有第一导电类型；在该第一半导体鳍条上形成第二半导体鳍层，该第二半导体鳍层共形地覆盖所述第一半导体鳍条，且具有与该第一导电类型不同的第二导电类型；在该第二半导体鳍层上形成栅极绝缘层；在该栅极绝缘层上形成栅极；以及分别在该栅极的相反两侧形成源极和漏极，其中所述源极和漏极中的每个都形成为接触该第一半导体鳍层和该第二半导体鳍层二者。

在本发明一示范性实施例中，所述第二半导体鳍层的带隙大于所述第一半导体鳍条的带隙。

在本发明一示范性实施例中，所述第一半导体鳍条由锗量子阱层形成，所述第一导电类型是P型，且其中，所述第二半导体鳍层由InGaAs量子阱层形成，所述第二导电类型是N型。