鳍型场效应晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体领域，特别涉及一种具有渐变沟道掺杂轮廓的鳍型场效应晶体管(FinFET)及其制造方法。
【背景技术】
[0002]在集成电路器件的制造中，随着器件尺寸的持续减小，诸如三栅极晶体管之类的多栅极晶体管已经变得流行。在传统的三栅极晶体管中，源极和漏极被重掺杂为η型而栅极下的沟道区被轻掺杂为P型。在这样的传统三栅极晶体管中，随着当代CMOS器件中结之间的距离缩短至1nm以下，极端高的掺杂浓度梯度变为必要的。由于扩散规律以及掺杂原子的分布的统计本质，这样的结意味着对于半导体工业的日益困难的制造挑战。
[0003]在Jean-Pierre Colinge 等人的论文“Nanowire transistors withoutjunct1ns” (Nature Nanotechnology,vol.5,n0.3,pp.225 - 229,Mar.2010)中，提出一种无结纳米线晶体管。在η型无结纳米线晶体管的情况下，源极、漏极以及沟道区被均匀地重掺杂为相同的η型杂质极性。在P型无结纳米线晶体管的情况下，源极、漏极以及沟道区被均匀地重掺杂为相同的P型杂质极性。
【发明内容】
[0004]本发明的发明人发现，对于三栅极无结晶体管，在其沟道区具有均匀掺杂轮廓的情况下，在关断状态下薄的半导体层从外层被耗尽而泄露电流流过半导体层的中心，该泄露电流取决于半导体层的几何形状。换言之，在三栅极无结晶体管的沟道区被均匀地重掺杂的情况下，在关断时在半导体层的中心位置处不容易实现夹断。
[0005]本发明的一个目的是提供具有渐变沟道掺杂轮廓的FinFET，以及形成这种FinFET的方法。根据本发明的具有渐变沟道掺杂轮廓的FinFET能够解决上述在器件关断时在半导体层的中心位置处不容易实现夹断的问题，进而克服短沟道效应，并且能够实现改善的器件开关特性。
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种FinFET，包括:半导体主体，形成在衬底上，半导体主体具有顶面和侧向相对的侧壁；以及栅极电极，形成在半导体主体的顶面和侧壁上方。半导体主体包括:在半导体主体的一个端部内的源极区，在半导体主体的另一个端部内的漏极区，以及与源极区和漏极区邻接的由栅极电极包围的沟道区，源极区、漏极区和沟道区具有相同的导电类型。沟道区内的掺杂浓度从靠近由所述顶面和所述侧壁组成的表面的区域到远离所述表面的区域逐渐减小。
[0007]优选地，沟道区内的某位置处的掺杂浓度相对于该位置到所述表面的最小距离的分布基本上符合余误差函数分布或者高斯分布。
[0008]优选地，衬底是体硅衬底，半导体主体形成在体硅衬底的有源区上，并且体硅衬底的有源区具有与源极区、漏极区和沟道区的导电类型不同的导电类型。在源极区、漏极区和沟道区的导电类型是η型和P型中的一个的情况下，体硅衬底的有源区的导电类型是η型和P型中的另一个。
[0009]优选地，FinFET还包括:栅极电介质，形成在半导体主体的顶面和侧壁上，并且栅极电极形成在栅极电介质上。
[0010]优选地，源极区和漏极区具有均匀的掺杂浓度，并且源极区的掺杂浓度和漏极区的掺杂浓度大于等于沟道区内的最大掺杂浓度。源极区的掺杂浓度和漏极区的掺杂浓度可以相同或不同。
[0011]优选地，半导体主体的顶面呈圆弧形。更优选地，半导体主体的顶面的截面呈半圆形。可替代地，半导体主体的顶面可以是平坦的。可替代地，半导体主体的顶面可以是中部平坦而两侧呈圆弧形的。
[0012]根据本发明的第二方面，提供了一种用于形成FinFET的方法，包括:在衬底上形成半导体主体,半导体主体具有顶面和侧向相对的侧壁；将杂质掺杂到半导体主体中，以使得半导体主体内的掺杂浓度从靠近由所述顶面和所述侧壁组成的表面的区域到远离所述表面的区域逐渐减小；在半导体主体的所述表面上形成栅极电介质以及栅极电极；以及与半导体主体中的由栅极电极包围的沟道区相邻地、在半导体主体的两个端部内分别形成源极区和漏极区，其中，源极区、漏极区和沟道区具有相同的导电类型。
[0013]优选地，所述掺杂步骤包括:在半导体主体上共形地形成掺杂材料层；使杂质从掺杂材料层中扩散到半导体主体中，其中，半导体主体内的某位置处的掺杂浓度相对于该位置到所述表面的最小距离的分布基本上符合余误差函数分布；以及去除掺杂材料层。可替代地，所述掺杂步骤包括:执行斜角度离子注入，其中，半导体主体内的某位置处的掺杂浓度相对于该位置到所述表面的最小距离的分布基本上符合高斯分布。
[0014]优选地，衬底是体硅衬底，半导体主体形成在体硅衬底的有源区上，并且体硅衬底的有源区具有与源极区、漏极区和沟道区的导电类型不同的导电类型。在源极区、漏极区和沟道区的导电类型是η型和P型中的一个的情况下，体硅衬底的有源区的导电类型是η型和P型中的另一个。
[0015]优选地，所述形成源极区和漏极区的步骤包括:向半导体主体的两个端部中分别注入杂质以使得两个端部各自具有均匀的掺杂浓度，两个端部各自具有大于等于沟道区内的最大掺杂浓度的掺杂浓度。两个端部内的掺杂浓度可以相同或不同。
[0016]优选地，该方法还包括:在形成半导体主体的步骤之后对半导体主体的顶部进行磨圆以使得所述顶面呈圆弧形。更优选地，可以执行该磨圆步骤以使得所述顶面的截面呈半圆形。可替代地，可以不执行该磨圆步骤以使得所述顶面保持平坦。还可替代地，可以在形成半导体主体的步骤之后对半导体主体的顶部进行磨圆以使得所述顶面中部平坦而两侧呈圆弧形。
[0017]根据本发明的第三方面，提供了一种鳍型场效应晶体管，包括:半导体主体，形成在衬底上，所述半导体主体具有顶面和侧向相对的侧壁；以及栅极电极，形成在所述半导体主体的所述顶面和所述侧壁上方。所述半导体主体包括:在所述半导体主体的一个端部内的源极区，在所述半导体主体的另一个端部内的漏极区，以及与所述源极区和所述漏极区邻接的由所述栅极电极包围的沟道区，所述源极区、所述漏极区和所述沟道区具有相同的导电类型。所述沟道区内的一位置处的掺杂浓度大于另一位置处的掺杂浓度，所述一位置到由所述顶面和所述侧壁组成的表面的最小距离小于所述另一位置到所述表面的最小距离。
[0018]本发明的一个优点在于，对于FinFET，解决了上述在关断时在半导体主体的中心位置处不容易实现夹断的问题，进而克服短沟道效应，并且实现了改善的器件开关特性。
[0019]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0020]构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
[0021]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中:
[0022]图1是根据本发明一个实施例的具有渐变沟道掺杂轮廓的FinFETlOO的侧视图。
[0023]图2A和图2B分别是沿图1中的A-A’线和B-B’线取得的FinFETlOO的截面图。
[0024]图3A和图3B分别示出沟道区内的某位置处的掺杂浓度(N)相对于该位置到半导体主体的表面的最小距离(d)的余误差函数分布和高斯分布。
[0025]图4示出根据本发明一个实施例的对FinFETlOO的开关特性的仿真结果图。
[0026]图5是示出根据本发明一个实施例的用于形成η型FinFETlOO的方法500的流程图。
[0027]图6Α至图6Ε是在执行方法500时形成的结构的截面图。
【具体实施方式】
[0028]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0029]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关