[发明专利]一种双栅极鳍式场效晶体管形成方法及结构

说明书

本发明公开了一种能够在鳍垂直方向上设置多个栅极介质层从而有效降低鳍有效沟道底部的漏电，有效优化鳍式场效晶体管结构的方法以及根据该方法而制成的鳍式场效晶体管及其形成方法。本发明提供的双栅极鳍式场效应晶体管的结构，其通过在鳍外侧面形成一个栅极作为控制栅，在鳍内侧面形成另一个栅极作为驱动栅，该结构不仅可以降低鳍的有效沟道底部的漏电，且通过调节控制栅的厚度可以有效改变驱动栅的阈值电压，还可以提高器件性能。

技术领域

本发明涉及一种半导体制备工艺，尤其涉及一种双栅极鳍式场效晶体管形成方法及结构。

背景技术

随着半导体器件的尺寸越来越小，短沟道效应愈加明显。为了抑制短沟道效应，提出了在绝缘体上硅(SOI，Silicon-On-Insulator)晶片或块状半导体衬底上形成的FinFET(Fin Field-Effect Transistor)。FinFET包括在半导体材料的鳍片(fin)的中间形成的沟道区，以及在鳍片两端形成的源/漏区。栅电极在沟道区的两个侧面包围沟道区(即双栅结构)，从而在沟道各侧上形成反型层。由于整个沟道区都能受到栅极的控制，因此能够起到抑制短沟道效应的作用。

相比于传统的双栅(dual gate)结构的制作方法，如图1所示的美国专利US 7,491,589B2提出了一种分别形成驱动栅(drive gate)和控制栅(control gate)的工艺流程。提出的双栅(dual gate或double gate)结构，通过调节控制栅可以有效改变驱动栅的阈值电压，提高器件性能。

然而在批量生产中，一方面，由于离子注入工艺很难在fin的垂直方向上分布均匀，使得fin的上下部分存在差异。另一方面，fin的有效沟道底部漏电较高。这就需要优化栅极结构来提升器件性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种能够在鳍垂直方向上设置多个栅极介质层从而有效降低鳍有效沟道底部的漏电，有效优化鳍式场效晶体管结构的方法以及根据该方法而制成的鳍式场效晶体管。

本发明首先提供了一种双栅极鳍式场效晶体管的形成方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种双栅极鳍式场效晶体管的形成方法，包括以下步骤：

S1提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成一埋氧层；

S2在所述埋氧层上形成第一半导体层，并对所述第一半导体层图形化形成半导体鳍片层；

S3在所述半导体鳍片层的顶面及两侧面外延生长形成第二半导体层；

S4在所述第二半导体层及埋氧层上表面形成第一栅氧化层；

S5在所述第一栅氧化层表面形成第一栅极层；

S6在所述第一金属栅表面形成一氧化层并平整化所述氧化层使所述第一金属栅顶面露出；

S7对所述第一金属栅进行回刻并回刻停止于所述半导体鳍片层内；

S8去除所述半导体鳍片层以形成第一复合结构；

S9在所述第一复合结构表面形成第二栅氧化层；

S10在所述第二栅氧化层表面形成第二栅极层；

S11继续栅极和源漏区的制备工艺，以形成最终的双栅极鳍式场效晶体管

为了进一步优化上述技术方案，本发明所采取的技术措施为：

优选的，所述第二半导体层的材质为SiGe。

优选的，所述第一栅极层材质为多晶硅。

优选的，所述第二栅极层材质为金属。