[发明专利]鳍式场效应晶体管结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造领域，涉及一种晶体管，特别是涉及一种鳍式场效应晶体管结构及其制作方法。

背景技术

当今半导体制造业在摩尔定律的指导下迅速发展，不断地提高集成电路的性能和集成密度，同时尽可能的减小集成电路的功耗。因此，制备高性能、低功耗的超短沟道器件将成为未来半导体制造业的焦点。对于全耗尽型晶体管，为了获得晶体管的理想亚阈值梯度，硅主体的厚度必须约是晶体管栅极长度的三分之一。然而随着栅极长度缩小，尽量降低硅膜厚度的需求变得越来越不实际，因为厚度小于10纳米的硅膜的加工是极其困难的。一方面，在一个纳米的量级上获得晶片的一致性异常艰难，另一方面，薄硅膜很容易在后续的各种清洁工艺中被消耗掉，使得后续源漏极生长变得极其艰难。

目前已出现双栅或多栅结构的鳍式半导体器件，可以在一定程度上解决上述问题。一般来说，双栅器件在沟道两侧都有电极，所以硅主体的厚度可以是单栅极的两倍，并且仍可以获得全耗尽型晶体管；多栅结构同理。通过多栅结构，能够很好加强栅对于沟道的控制能力，使得电场线难以从漏端直接穿过沟道到达源端，这样就能大幅度的改善漏至势垒降低效应，减小漏电流，并且很好的抑制短沟道效应。此外，沟道区域不需要像传统平面场效应晶体管一样进行重掺杂来抑制短沟道效应，轻掺杂沟道区域的优势在于减小了散射带来的迁移率下降，从而使多栅结构器件的迁移率得到大幅度改善。鳍式场效应晶体管作为一种新结构器件，很有潜力替代传统平面场效应晶体管。

目前的鳍式场效应晶体管结构具有如下缺点：（1）工艺要求高，因为形成条状鳍需要刻蚀掉衬底表面大部分材料，只留下很小的条状鳍结构，工艺难度较高，通常在刻蚀完毕后还需要通过再生长以得到理想形状的鳍结构，工艺相对复杂；（2）两个或多个栅极上只能加相同的电压，操作灵活性不高，不利于进一步提高晶体管的性能。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种鳍式场效应晶体管结构及其制作方法，用于解决现有技术中鳍式场效应晶体管结构工艺复杂、操作灵活性不高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种鳍式场效应晶体管结构的制作方法，至少包括以下步骤：

S1：提供一衬底，在所述衬底中凹设形成分立的第一栅极及第二栅极；所述第一栅极及第二栅极均包括第一栅极材料层及包围所述第一栅极材料层侧壁和底部的第一栅介质层；所述第一栅极及第二栅极上表面与所述衬底上表面齐平；

S2：在所述衬底上形成一覆盖所述第一栅极与第二栅极的条状结构；所述条形结构自下而上依次包括第二栅介质层及第二栅极材料层；

S3：在所述条状结构纵向相对的两个侧面上分别形成一侧墙；然后在一对侧墙两侧的衬底中分别形成源极区域和漏极区域；

S4：刻蚀所述条形结构两端直至露出部分第二栅介质层上表面；刻蚀之后剩余的第二栅极材料层及其下方的第二栅介质层构成第三栅极；

S5：在步骤S4获得的结构上形成绝缘层并进行抛光直至所述绝缘层上表面与所述第三栅极上表面齐平；最后分别在所述第一栅极、第二栅极、源极区域及漏极区域上方形成接触孔。

可选地，所述第一栅极及第二栅极在水平面上的投影为方形，高度范围是20nm～60nm，宽度范围是10nm～30nm。

可选地，所述第三栅极的纵向宽度大于或等于所述第一栅极及第二栅极的纵向宽度。

可选地，所述第三栅极的横向宽度小于或等于所述第一栅极与第二栅极的间距。

可选地，所述源极区域和漏极区域通过掺杂形成，掺杂的深度小于或等于所述第一栅极及第二栅极的高度。

可选地，于所述步骤S1中形成第一栅极及第二栅极之前还包括对所述衬底进行等离子体处理的步骤；所述等离子体包括N、F或Ar中的一种或多种。

可选地，所述衬底为Si衬底或SOI衬底。

本发明还提供一种鳍式场效应晶体管结构，包括：

衬底，所述衬底中凹设形成有分立的第一栅极及第二栅极；所述第一栅极及第二栅极均包括第一栅极材料层及包围所述第一栅极材料层侧壁和底部的第一栅介质层；所述第一栅极及第二栅极上表面与所述衬底上表面齐平；

第二栅介质层，所述第二栅介质层为条状并覆盖所述第一栅极与第二栅极；所述第二栅介质层中间区域上形成有第二栅极材料层，所述第二栅极材料层及其下方的第二栅介质层构成第三栅极；

一对侧墙，形成于所述第二栅介质层纵向相对的两侧壁及所述第二栅极材料层纵向相对的两侧壁上，所述侧墙上表面与所述第三栅极上表面齐平；所述侧墙两侧的衬底中分别形成有源极区域和漏极区域；