[发明专利]双宽度鳍式场效应晶体管

说明书

本公开的实施例涉及双宽度鳍式场效应晶体管。公开了一种双宽度的SOI FinFET，其中应变的鳍的不同部分具有不同的宽度。一种制造这种双宽度的FinFET的方法包括利用湿化学蚀刻工艺对在源极区域和漏极区域中的应变的鳍进行横向凹陷化，从而保持鳍中的高度应变而同时将在源极区域和漏极区域中的鳍的宽度修剪到小于5nm。所得到的FinFET的特征在于在栅极下面的沟道区域中的鳍的较宽部分以及在源极区域和漏极区域中的鳍的较窄部分。较窄的鳍的优势在于在外延的升高的源极区域和漏极区域的生长期间其可以更为容易地被掺杂。

本申请是申请日为2015年9月24日、申请号为201510621400.9、发明名称为“双宽度鳍式场效应晶体管”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开内容大体上涉及用于使用在集成电路中的先进的晶体管结构。

背景技术

先进的集成电路典型地以应变沟道器件、绝缘体上硅衬底、FinFET(鳍式场效应晶体管)结构或其组合为特征，以便继续将晶体管栅极长度缩小到20nm以下。这种技术允许晶体管的沟道长度收缩而同时使得例如电流泄漏以及其他短沟道效应的不良结果最小化。

FinFET是一种电子开关器件，其特征在于形式为从衬底表面向外延伸的半导体鳍的导电沟道。在这种器件中，控制鳍中的电流的栅极包裹围绕着鳍的三侧从而影响来自三个表面而不是一个表面的电流流动。通过FinFET设计所达到的先进的控制较之在传统的平面器件中可能的而言在“开”状态产生了更快的开关性能并且在“关”状态产生了更少的电流泄漏。

将应变合并到半导体器件的沟道中拉伸了晶体的晶格，由此增加了沟道中的电荷载流子迁移率，从而使得器件变为更具响应性的开关。将压缩应变引入PFET晶体管中倾向于增加沟道中的空穴迁移率，导致针对施加到晶体管栅极的电压的变化的更快开关响应。类似地，将拉伸应变引入NFET晶体管中倾向于增加沟道中的电子迁移率，同样导致更快的开关响应。

有很多方法将应变引入FinFET的沟道区域中。用于引入应变的技术典型地包括将具有与硅衬底的晶体晶格尺寸或几何形状稍微不同的晶体晶格尺寸或几何形状的一个或多个材料的外延层并入到器件中。所述外延层例如可以用掺杂硅或硅锗(SiGe)制成。这种外延层伸可以并入源极区域和漏极区域，或者并入用来对沟道中的电流流动进行调节的晶体管栅极，或者并入作为鳍的沟道本身。可代替地，通过利用各种类型的绝缘体上硅(SOI)衬底可以从器件的下方在鳍中诱发应变。SOI衬底的特征在于掩埋绝缘体，典型地为在有源区域下面的掩埋氧化物层(BOX)。SOI FinFET器件已经在转让给本受让人的专利申请中有所公开，例如名称为“SOI FinFET Transistor with Strained Channel”的美国专利申请No.14/231,466、名称为“Silicon Germanium-on-insulator FinFET”的美国专利申请No.14/588,116以及名称为“Defect-Free Strain-Relaxed Buffer Layer”的美国专利申请No.14/588,221，所有这些申请通过参考被全部并入于此。

发明内容

公开一种具有应变的沟道以及升高的源极区域和漏极区域的双宽度SOI FinFET以及制造方法。在制造应变的FinFET器件中，特别是这些具有长度小于约20nm的短沟道的FinFET器件，出现的一个挑战在于形成非常窄的半导体鳍而有意地减轻在鳍材料中的应变。使得鳍经受例如反应离子蚀刻(RIE)的负过程(subtractive process)通过机械机制和化学机制的组合来去除材料，其中机械方面将破坏性的动能传递给了鳍的晶体晶格。本发明人已经观察到这种过程倾向于使晶体晶格中的应变松弛，而湿蚀刻为纯化学过程，其更为温和地改变晶格，由此具有保持应变的可能性。然而，湿蚀刻具有的限制在于其为各向同性的过程，缺乏方向上的控制。