[发明专利]一种独立三栅FinFET器件的多阈值电压调控方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种独立三栅FinFET器件的多阈值电压调控方法。

背景技术

随着半导体集成电路工艺的特征尺寸不断缩小至纳米量级，传统平面MOS器件的短沟道效应愈发明显，带来阈值电压的下降、亚阈值摆幅的降级等诸多问题，使其不再能满足产业的要求。FinFET凭借其优秀的栅控能力，取代传统平面MOS器件逐步成为了现如今的主流器件。然而，FinFET的三维结构使器件的宽度与Fin的高度相互关联，导致基于FinFET的电路设计灵活性降低。

在FinFET的宽长比相对固定的情况下，通过改变栅极金属的功函数来调节器件的阈值电压以此实现电路设计要求是业界惯常的做法。除此之外，对FinFET器件结构进行改进来增加电路设计的灵活性也一直都是研究的热点，由此便出现了独立双栅FinFET的器件结构。该结构通过化学机械抛光(CMP)的工艺使得原本连续的栅极(tied-gate)变为两个相互独立的栅极：前栅极(front gate)、后栅极(back gate)。前栅极作为驱动栅极(drive gate)，后栅极作为控制栅极(control gate)，对后栅极施加不同大小的电压，可以随意改变器件的阈值电压。然而，由于额外的电压源的加入不利于电路集成度的提升，独立双栅FinFET器件通常只用两种阈值电压模式：单栅模式(后栅极接地)、双栅模式(后栅极与前栅极相连)，因此基于独立双栅FinFET器件的电路设计灵活性仍然有待提高。

本发明提出了一种具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件的多阈值电压调控方法，该器件包含三个独立栅极，区别于现有FinFET技术中的单个连续栅极，表现出的栅控特性，可在无额外电压源的情况下实现5种不同的阈值电压控制模式。此外，通过不同厚度、不同种类的顶部与底部栅极介质层的分别选取、不同种类的顶部与底部栅极金属层的分别选取，可以实现器件阈值电压的自由调节，极大提升了电路设计的灵活性。

发明内容

本发明提出了一种具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件的多阈值电压调控方法，所述新型FinFET器件包括：衬底；氧化物层，其位于所述衬底的表面；鳍形结构，其位于所述氧化物层的表面，形成中央的沟道区及两端的源区和漏区；栅极介质层，其垂直设置在所述鳍形结构的沟道区上且包围所述沟道区；所述栅极介质层包括：设置在所述鳍形结构左侧的左侧栅极介质层、设置在所述鳍形结构右侧的右侧栅极介质层、以及设置在所述鳍形结构顶部的顶部栅极介质层；栅极金属层，其包括：左侧栅极金属层，其位于所述顶部栅极介质层、所述左侧栅极介质层及所述氧化物层之间；右侧栅极金属层，其位于所述顶部栅极介质层、所述右侧栅极介质层及所述氧化物层之间；顶部栅极金属层，其位于所述顶部栅极介质层的上方；及侧墙，其设置在所述栅极介质层与所述栅极金属层的两侧；在无额外电压源的情况下，对所述左侧栅极金属层、所述右侧栅极金属层、所述顶部栅极金属层分别施加电源电压或接地，实现五种不同的阈值电压控制模式。

本发明提出的所述多阈值电压调控方法中，所述左侧栅极介质层与所述右侧栅极介质层的介质层材料相同，所述顶部栅极介质层与所述左侧栅极介质层、所述右侧栅极介质层的介质层材料相同或不同，以此实现对阈值电压的调控。

本发明提出的所述多阈值电压调控方法中，所述左侧栅极介质层与所述右侧栅极介质层的介质层厚度相同，所述顶部栅极介质层与所述左侧栅极介质层、所述右侧栅极介质层的介质层厚度相同或不同，以此实现对阈值电压的调控。

本发明提出的所述多阈值电压调控方法中，所述左侧栅极金属层与所述右侧栅极金属层的金属层材料相同，所述顶部栅极金属层与所述左侧栅极金属层、所述右侧栅极金属层的金属层材料相同或不同，以此实现对阈值电压的调控。

本发明的有益效果在于：本发明提出的能够实现多个阈值电压控制模式并且具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件，可在无额外电压源的情况下实现5种不同的阈值电压控制模式。此外，通过对不同厚度、不同种类材料的顶部与底部栅极介质层的分别选取、不同种类材料的顶部与底部栅极金属层的分别选取，可以实现器件阈值电压的自由调节，极大提升了电路设计的灵活性。

附图说明

图1是依照本发明制造具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件的方法步骤一所制造的成品示意图。

图2是依照本发明制造具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件的方法步骤二所制造的成品示意图。

图3是依照本发明制造具备三个独立栅极结构的新型FinFET器件的方法步骤三所制造的成品示意图。