[发明专利]FINFET结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及半导体技术领域，更具体地，涉及FINFET结构及其制造方法。

背景技术

由于各种电子部件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度的持续改进，半导体工业已经历了快速发展。在大多数情况下，集成密度的这种改进源自最小部件尺寸的重复减小，这允许更多的部件集成到给定区域内。然而，较小的部件尺寸可能导致更多的漏电流。随着近来对更小的电子器件需求的增长，对降低半导体器件的漏电流的需求也已增长。

在互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管(FET)中，有源区包括漏极、源极、连接在漏极和源极之间的沟道区、以及位于沟道的顶部上的用于控制沟道区的导通和截止状态的栅极。当栅极电压大于阈值电压时，在漏极和源极之间建立导电沟道。因此，允许电子或空穴在漏极和源极之间移动。另一方面，当栅极电压小于阈值电压时，理想地，沟道中断，并且没有在漏极和源极之间流动的电子或空穴。然而，随着半导体器件持续缩小，由于短沟道泄漏效应，栅极不能完全控制沟道区，尤其是沟道区中远离栅极的部分。因此，在半导体器件按比例缩小至深亚30纳米尺寸(deep sub-30nanometer)之后，传统的平面晶体管的相应的短栅极长度可以导致栅极的失效(inability)，从而基本上截止了沟道区。

随着半导体技术的发展，已经出现了作为有效替代的鳍式场效应晶体管(FinFET)以进一步降低半导体器件中的漏电流。在FinFET中，有源区包括漏极、沟道区和从半导体衬底的表面处突出的源极，其中FinFET位于半导体衬底上。与鳍相类似，FinFET的有源区在截面图中为矩形形状。此外，FinFET的栅极结构像倒置的U从三侧包围有源区。因此，栅极结构对沟道的控制变得更强。传统的平面晶体管的短沟道泄露效应已降低。从而，当FinFET截止时，栅极结构可以更好地控制沟道以便降低漏电流。

FinFET的鳍的形成可以包括使衬底凹进以形成凹槽、使用介电材料填充凹槽、实施化学机械抛光工艺以去除位于鳍之上的介电材料的过量部分，以及使介电材料的顶层凹进，从而使得凹槽中介电材料的保留部分形成浅沟槽隔离(STI)区。

发明内容

为解决现有技术中的问题，本发明提供了一种装置，包括：衬底，由第一半导体材料形成；鳍结构，从所述衬底上方突出，其中，所述鳍结构包括：下部，由所述第一半导体材料形成；中部，由第二半导体材料形成；上部，由所述第一半导体材料形成，其中，所述上部包括连接在第一源极/漏极区和第二源极/漏极区之间的沟道；和第一碳掺杂层，形成在所述中部和所述上部之间；第二碳掺杂层，形成在所述第一源极/漏极区下面；以及第三碳掺杂层，形成在所述第二源极/漏极区下面。

在上述装置中，还包括：栅极区，环绕所述鳍结构的所述沟道。

在上述装置中，其中：所述第一半导体材料是硅；以及所述第二半导体材料是碳化硅锗(SiGeC)。

在上述装置中，其中：所述第一碳掺杂层由碳化硅(SiC)形成；所述第二碳掺杂层由SiC形成；以及所述第三碳掺杂层由SiC形成。

在上述装置中，其中：所述第二碳掺杂层由碳磷化硅(SiCP)形成；以及所述第三碳掺杂层由SiCP形成。

在上述装置中，其中：所述第一源极/漏极区由磷化硅(SiP)形成；以及所述第二源极/漏极区由SiP形成。

在上述装置中，其中：所述鳍结构的中部包括氧化物外层，其中，所述氧化物外层由SiGeO_x形成，其中，x是以原子百分比计的氧组分。

根据本发明的另一个方面。提供了一种器件，包括：衬底，包括硅；鳍结构，从所述衬底上方突出，其中，所述鳍结构包括：下部，由硅形成并且由隔离区环绕；中部，由碳化硅锗形成，其中，所述中部由氧化物层包围；上部，由硅形成，其中，所述上部包括沟道；和碳化硅层，形成在所述中部和所述上部之间；第一源极/漏极区，包括第一磷化硅区和在所述第一磷化硅区下面形成的第一碳化硅层；以及第二源极/漏极区，包括第二磷化硅区和在所述第二磷化硅区下面形成的第二碳化硅层。

在上述器件中，其中：所述第一源极/漏极区的厚度在从约30nm至约50nm的范围内；以及所述第二源极/漏极区的厚度在从约30nm至约50nm的范围内。

在上述器件中，其中：所述氧化物层包括SiGeO_x，其中，x是以原子百分比计的氧组分。

在上述器件中，其中：所述碳化硅层的厚度在从约5nm至约15nm的范围内。