專利名稱：一種鰭式場效應管及其基體的制作方法
技術領域：
本發明涉及半導體器件的制作技術，特別涉及一種鰭式場效應管(FinFET)及其基體。
背景技術：
隨著半導體技術的發展，半導體器件的性能穩步提高。半導體器件的性能提高主要通過不斷縮小半導體器件的特征尺寸來實現，半導體器件的特征尺寸已經縮小到納米級另IJ。半導體器件在這種特征尺寸下，傳統平面制作半導體器件的方法，也就是單柵半導體器件的制作方法已經無法適用了，所以出現了多柵半導體器件的制作方法。與單柵半導體器件的制作方法相比較，多柵半導體器件具有更強的短溝道抑制能力、更好的亞閾特性，更高的驅動能力以及能帶來更高的電路密度。目前，鰭式場效應管(FinFET)作為多柵半導體器件的代表被廣泛使用，FinFET分為雙柵FinFET和三柵FinFET，其中的雙柵FinFET被廣泛使用。圖1為現有技術雙柵FinFET的立體結構示意圖。如圖1所示，FinFET位于襯底100上，包含具有翅片結構的基體101和柵極結構102，其中每個翅片為長方體狀，分別為源極區域103和漏極區域104，翅片結構的中間延伸有溝道區域105。現有技術中基體101由單晶硅層形成，襯底100也由單晶硅層形成。柵極結構102包括柵氧化層(圖中未示)和導電柵極。其中，基體101的翅片結構經過圖案化形成，其形成過程為:首先，在單晶硅層上沉積掩膜層，在掩膜層上涂覆光阻膠層后，采用具有翅片結構的光罩曝光涂覆光阻膠層后顯影，在光阻膠層上形成翅片結構圖案的光阻膠層，然后以具有翅片結構圖案的光阻膠層為掩膜，刻蝕掩膜層，得到具有翅片結構圖案的掩膜層；然后，以具有翅片結構圖案的掩膜層為遮擋，刻蝕單晶硅層，得到具有翅片結構的基體，去除剩余的掩膜層。其中，具有翅片結構圖案的掩膜層優選為硬質掩膜，可以為氮化硅層，也可以采用納米壓印方式形成。柵極結構102形成過程:在溝道區域105表面形成柵氧化層，柵氧化層覆蓋溝道區域的側壁和頂部；在包括基體101的襯底100上沉積多晶硅層，并進行平坦化，然后圖案化多晶硅層，形成圍繞柵氧化層表面的導電柵極。雖然圖1中具有立體結構的FinFET相比于平面制作的單柵半導體器件具有較高的驅動電流，但是優化FinFET的工作性能，進一步提高其驅動電流，成為業內尤其關注的一個問題。

發明內容
有鑒于此，本發明提供一種FinFET及其基體，具有該基體的FinFET能夠實現更高的驅動電流。本發明的技術方案是這樣實現的:本發明提供了一種鰭式場效應管FinFET基體，該基體為翅片結構，包括其中間延伸有溝道區域的源極區域和漏極區域，該基體為多層應力硅層。所述多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅鍺層和/或硅碳層。所述多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅碳層和硅鍺層。所述硅碳層和硅鍺層為外延層或者離子注入層。所述硅鍺層的鍺含量為5% 35% ;所述硅碳層的碳含量為3% 15%。所述多層應力硅層的頂層進一步包括頂層單晶硅層。所述頂層單晶娃層的厚度為5nm 50nm。其中每個翅片為漏斗狀，每個漏斗包括頭部和尾部，其尾部延伸連接構成溝道區域。本發明還提供了一種鰭式場效應管FinFET，包括位于襯底上的如上所述的FinFET基體和柵極結構；其中，所述柵極結構圍繞翅片結構中間的溝道區域表面，該表面包括溝道區域的側壁和頂部。所述FinFET為多個，其中，每個FinFET的翅片結構平行排列，每個柵極結構相互連接成一條直線。從上述方案可以看出，本發明提供的FinFET基體為多層應力硅層，每層的材料不同，應力分布也不相同，多層結合的應力硅層，具有比傳統的硅基體更高的壓應力，進而電子或者空穴在基體上的溝道區域移動時，具有比傳統的硅溝道更高的載流子遷移率，因此本發明利用應力硅溝道層在FinFET中實現較高的驅動電流。


圖1為現有技術雙柵FinFET的立體結構示意圖。圖2為本發明實施例FinFET的立體結構示意圖。圖3為本發明實施例多個FinFET由一條直線構成的柵極結構控制的立體結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下參照附圖并舉實施例，對本發明作進一步詳細說明。FinFET基體采用了多層的應力硅層，每層的材料不同，應力分布也不相同，多層結合的應力硅層，具有比傳統的硅基體更高的壓應力，進而電子或者空穴在基體上的溝道區域移動時，具有比傳統的硅溝道更高的載流子遷移率，因此本發明利用應力硅溝道層在FinFET中實現較高的驅動電流。進一步地，本發明FinFET基體的每個翅片具有漏斗狀，每個漏斗包括頭部和尾部，其尾部延伸連接構成溝道區域。這樣柵極結構搭在基體溝道區域上之后，搭在漏斗尾部的邊緣，進一步提高了溝道區域的壓應力，從而進一步在FinFET中實現更高的驅動電流。本發明的FinFET基體不再是單一的單晶硅層，而是包含了多層的應力硅層。下面列舉實施例進行說明。實施例一:多層應力娃層至下而上包括單晶娃層和娃鍺層。實施例二:多層應力硅層至下而上包括單晶硅層和硅碳層。實施例三:多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅鍺層和硅碳層。實施例四:多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅碳層和硅鍺層。其中，每個實施例中娃碳層厚度為IOnm 80nm ;娃鍺層厚度為20nm lOOnm。另外，硅碳層和硅鍺層可以有多種方式形成。也就是說硅碳層和硅鍺層可以為外延層或者離子注入層，即采用外延的方式或者離子注入的方式形成。其中，優選地，硅鍺層的鍺含量為5% 35%;所述硅鍺層的碳含量為3% 15%。過多或過少的鍺，碳含量不利于溝道層遷移率的提高，因為過少的含量產生的應力很弱，難以產生一定量的型變，而過多的含量會產生難以修復的缺陷，從而導致應力在退火過程中的釋放，不利于載流子遷移率的改善；進一步地，多層應力硅層的頂層還可以包括頂層單晶硅層。該頂層單晶硅層很薄，厚度為5nm 50nm。由于后續柵極結構的柵氧化層覆蓋基體溝道區域，而且單晶硅層與柵氧化層的結合力，相比于其他材料與柵氧化層的結合力更好，所以本發明優選實施例為多層應力硅層的頂層還包括頂層單晶硅層，即單晶硅層與柵氧化層直接接觸。圖2為本發明實施例FinFET的立體結構示意圖。該實施例中FinFET位于襯底100上，襯底仍然可以為單晶硅層。FinFET包括具有翅片結構的基體201和柵極結構202。其中，基體201為至下而上包括單晶硅層206、硅鍺層207以及硅碳層208的多層應力硅層。其中，每個翅片為漏斗狀，分別為源極區域203和漏極區域204，每個漏斗包括頭部和相對頭部較窄的尾部，其尾部延伸連接構成溝道區域205。與現有技術相同，柵極結構202包括柵氧化層(圖中未示)和導電柵極。與圖1相比，除基體是由多層應力硅層構成外，不同之處還在于翅片的形狀為漏斗狀，正是由于具有翅片結構的光罩形狀不同，最終就會產生相應形狀的基體。進一步地，該實施例優選為溝道區域205在寬度上剛好被柵極結構202覆蓋。經過試驗證實，具有這種漏斗狀基體的FinFET，柵極結構202搭在漏斗尾部的邊緣，能夠進一步提高溝道的壓應力。基體201的翅片結構經過圖案化形成，其形成過程為:首先，形成基體的多層應力硅層，在多層應力硅層上沉積掩膜層，在掩膜層上涂覆光阻膠層后，采用具有翅片結構的光罩曝光涂覆光阻膠層后顯影，其中，具有翅片結構的光罩的每個翅片為漏斗狀，在光阻膠層上形成翅片結構圖案的光阻膠層，然后以具有翅片結構圖案的光阻膠層為掩膜，刻蝕掩膜層，得到具有翅片結構圖案的掩膜層；然后，以具有翅片結構圖案的掩膜層為遮擋，刻蝕多層應力硅層，得到具有翅片結構的基體，去除剩余的掩膜層。其中，具有翅片結構圖案的掩膜層優選為硬質掩膜，可以為氮化硅層，也可以采用納米壓印方式形成。柵極結構202形成過程:在溝道區域205表面形成柵氧化層，柵氧化層覆蓋溝道區域的側壁和頂部；在包括基體201的襯底100上沉積多晶硅層，并進行平坦化，然后圖案化多晶硅層，形成圍繞柵氧化層表面的導電柵極。其中，所述柵極結構圍繞翅片結構中間的溝道區域表面，該表面包括溝道區域的側壁和頂部。進一步地，柵氧化層優選為高介電常數(HK)材料，HK材料的柵氧化層其有效氧化層厚度很薄，能夠很好的控制溝道，從而進一步提高溝道壓應力。本發明還可以將多個FinFET由一條直線構成的柵極結構進行控制，從而有效有效提高器件工作電流，提高電路的集成度，并能夠有效改善光刻圖案的一致性。圖3為本發明實施例2個FinFET由一條直線構成的柵極結構控制的立體結構示意圖。其中，第一 FinFET301和第二 FinFET302的翅片結構平行排列，每個柵極結構相互連接成一條直線，形成柵極結構303。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明保護的范圍之內。
權利要求
1.一種鰭式場效應管FinFET基體，該基體為翅片結構，包括其中間延伸有溝道區域的源極區域和漏極區域，其特征在于，該基體為多層應力硅層。
2.如權利要求1所述的基體，其特征在于，所述多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅鍺層和/或硅碳層。
3.如權利要求1所述的基體，其特征在于，所述多層應力硅層至下而上包括單晶硅層、硅碳層和硅鍺層。
4.如權利要求2或3所述的基體，其特征在于，所述硅碳層和硅鍺層為外延層或者離子注入層。
5.如權利要求4所述的基體，其特征在于，所述硅鍺層的鍺含量為5% 35%;所述硅碳層的碳含量為3% 15%。
6.如權利要求5所述的基體，其特征在于，所述多層應力硅層的頂層進一步包括頂層單晶硅層。
7.如權利要求6所述的基體，其特征在于，所述頂層單晶硅層的厚度為5nm 50nm。
8.如權利要求1所述的基體，其特征在于，其中每個翅片為漏斗狀，每個漏斗包括頭部和尾部，其尾部延伸連接構成溝道區域。
9.一種鰭式場效應管FinFET，其特征在于，包括位于襯底上的如權利要求1至8任一項所述的FinFET基體和柵極結構；其中，所述柵極結構圍繞翅片結構中間的溝道區域表面，該表面包括溝道區域的側壁和頂部。
10.如權利要求9所述的FinFET，其特征在于，所述FinFET為多個，其中，每個FinFET的翅片結構平行排列，每個柵極結構相互連接成一條直線。
全文摘要
本發明公開了一種鰭式場效應管FinFET基體，該基體為翅片結構，包括其中間延伸有溝道區域的源極區域和漏極區域，該基體為多層應力硅層。本發明還公開了一種包括上述基體的FinFET。采用本發明能夠進一步提高其驅動電流。
文檔編號H01L29/06GK103117305SQ20111036377
公開日2013年5月22日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者趙猛 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司