鳍式场效应晶体管及其形成方法技术

一种鳍式场效应晶体管及其形成方法，其中所述鳍式场效应晶体管的形成方法包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域内具有凸起的鳍部、位于所述鳍部上的栅极结构；在所述第一区域的栅极结构两侧形成第一侧墙，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成第一负遮盖区；在所述第二区域的栅极结构两侧形成第二侧墙，所述第二侧墙的宽度小于所述第一侧墙的宽度，所述第二侧墙覆盖的部分鳍部构成第二负遮盖区；对所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部进行离子注入，形成源区和漏区。本发明专利技术的鳍式场效应晶体管的形成方法可以形成具有不同阈值电压的鳍式场效应晶体管，且工艺简单。

【技术实现步骤摘要】
鳍式场效应晶体管及其形成方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种鳍式场效应晶体管及其形成方法。
技术介绍
随着集成电路工艺技术的进步，使得芯片的集成度越来越高，规模也越来越大，但芯片的功耗也随之增大。单个芯片上通常包括了核心逻辑晶体管区域和输入/输出（I/O）晶体管区域，核心逻辑晶体管的阈值电压较低以降低系统功耗，而输入/输出晶体管的阈值电压较高以保证较高的驱动能力和击穿电压。因此，如何在单个芯片上获得不同阈值电压的晶体管成为了研究的重点。请参考图1，为现有技术的MOS晶体管的结构示意图，包括：半导体衬底100；位于所述半导体衬底100上的栅介质层102；位于所述栅介质层102上的功函数层103；位于所述功函数层103上的栅电极层104；位于所述介质层102、所述功函数层103和所述栅电极层104两侧的侧墙105；位于所述栅电极层104两侧的半导体衬底100内的源区和漏区106。现有技术的MOS晶体管中，通过选择适当的功函数层103的材料，如TiN、TaAl或TiC等，改变MOS晶体管栅电极和栅介质层之间的功函数差，来调节MOS晶体管的阈值电压，在同一芯片上获得不同阈值电压的晶体管，使输入/输出晶体管的阈值电压较高，核心逻辑晶体管的阈值电压较低。由于所述功函数层103通常为多层结构，且应用于NMOS晶体管和PMOS晶体管的功函数层材料不同，形成工艺复杂。尤其在鳍式场效应晶体管中，功函数层形成在凸出于半导体衬底的鳍部之上，进一步增加了工艺难度，成本高。因此，现有技术的多阈值电压的鳍式场效应晶体管的形成方法，工艺复杂，成本高。其他有关多阈值电压晶体管的形成方法还可以参考公开号为US2011/0248351A1的美国专利申请。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是现有技术形成多阈值电压晶体管的工艺复杂，成本高。为解决上述问题，本专利技术提出了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域内具有凸起的鳍部、位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；在所述第一区域的栅极结构两侧形成第一侧墙，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成第一负遮盖区；在所述第二区域的栅极结构两侧形成第二侧墙，所述第二侧墙的宽度小于所述第一侧墙的宽度，所述第二侧墙覆盖的部分鳍部构成第二负遮盖区；对所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部进行离子注入，形成源区和漏区。可选的，所述第二负遮盖区的宽度小于所述第一负遮盖区的宽度。可选的，所述第一负遮盖区的宽度范围为300埃～500埃。可选的，所述第二负遮盖区的宽度范围为10埃～50埃。可选的，所述第一区域形成的鳍式场效应晶体管作为输入/输出晶体管。可选的，所述第一负遮盖区的掺杂浓度与所述输入/输出晶体管沟道区域的掺杂浓度相同。可选的，还包括对所述输入/输出晶体管的漏区端的第一负遮盖区进行离子注入，形成反型掺杂区。可选的，所述反型掺杂区的掺杂类型与所述输入/输出晶体管的源区和漏区掺杂类型相反。可选的，所述反型掺杂区的宽度范围为1埃～300埃。可选的，所述第二区域形成的鳍式场效应晶体管作为核心逻辑晶体管。可选的，所述第二负遮盖区的掺杂浓度与所述核心逻辑晶体管沟道区域的掺杂浓度相同。可选的，所述第一侧墙和第二侧墙的材料为高介电常数材料。可选的，所述高介电常数材料为HfO2、Al2O3、ZrO2、HfSiO、HfSiON、HfTaO和HfZrO中的一种或几种。可选的，还包括对所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部进行预非晶化离子注入。可选的，所述预非晶化离子注入的注入离子为Si、C、Ge、Xe或者Ar。对应的，本专利技术还提出了一种鳍式场效应晶体管，包括：半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域内具有凸起的鳍部；位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；位于所述第一区域的栅极结构两侧的第一侧墙，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成第一负遮盖区；位于所述第二区域的栅极结构两侧的第二侧墙，所述第二侧墙的宽度大于所述第一侧墙的宽度，所述第二侧墙覆盖的部分鳍部构成第二负遮盖区；位于所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部内的源区和漏区。可选的，所述第二负遮盖区的宽度小于所述第一负遮盖区的宽度。可选的，所述第一区域为输入/输出晶体管区域，所述第二区域为核心逻辑晶体管区域。可选的，还包括位于所述输入/输出晶体管的漏区端的第一负遮盖区内的反型掺杂区，所述反型掺杂区的掺杂类型与所述输入/输出晶体管的源区和漏区掺杂类型相反，所述反型掺杂区的宽度范围为1埃～300埃。可选的，所述第一侧墙和第二侧墙的材料为高介电常数材料。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，在第一区域的栅极结构两侧形成第一侧墙，在第二区域的栅极结构两侧形成第二侧墙，由于所述第一侧墙和第二侧墙的宽度不同，位于所述第一侧墙下的第一负遮盖区和位于第二侧墙下的第二负遮盖区的宽度不同。在具有负遮盖区的鳍式场效应晶体管中，不同的负遮盖区的宽度导致后续形成的鳍式场效应晶体管的有效沟道宽度不同，改变了沟道区域电场分布，影响鳍式场效应晶体管的阈值电压。本专利技术实施例正是利用负遮盖区宽度对鳍式场效应晶体管阈值电压的影响，在鳍式场效应晶体管的形成过程中，通过控制在第一区域和第二区域形成的侧墙的宽度，来控制第一负遮盖区和第二负遮盖区的宽度，获得具有不同阈值电压的鳍式场效应晶体管，工艺简单，成本低。进一步的，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管的形成方法中，所述第一区域形成的鳍式场效应晶体管作为输入/输出晶体管，由于输入/输出晶体管通常需要较高的阈值电压和击穿电压，因此，对所述输入/输出晶体管的漏区端的第一负遮盖区进行离子注入，形成反型掺杂区。所述反型掺杂区的掺杂类型与所述输入/输出晶体管的源区和漏区掺杂类型相反，在所述反型掺杂区和漏区之间形成势垒，进一步提高了所述输入/输出晶体管的击穿电压和阈值电压。对应的，本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管采用上述的方法所形成，因此位于第一区域的鳍式场效应晶体管和位于第二区域的鳍式场效应晶体管具有不同的阈值电压。附图说明图1是现有技术的MOS晶体管的结构示意图；图2至图6是本专利技术实施例的鳍式场效应晶体管形成过程的结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成具有多阈值电压的鳍式场效应晶体管的工艺复杂，成本高。本专利技术的专利技术人研究了具有负遮盖区（Underlap）的鳍式场效应晶体管的形成方法，发现由于负遮盖区没有进行轻掺杂漏区注入（LDD）和晕环注入（HaloImplantation），所述负遮盖区可以增大鳍式场效应晶体管的有效沟道区域宽度，缓解短沟道效应。而且不同负遮盖区的宽度对鳍式场效应晶体管的沟道区域电场分布影响不同、对阈值电压影响不同，因此可以通过控制形成的负遮盖区的宽度来获得具有不同阈值电压的鳍式场效应晶体管。基于以上研究，本专利技术的专利技术人提出了一种鳍式场效应晶体管的形成方法，在半导体衬底第一区域和第二区域的栅极结构两侧形成具有不同宽度的第一侧墙和第二侧墙，由于位于所述第一侧墙下的第一负遮盖区和位于所述第二侧墙下的第二负遮盖区的宽度不同，所述第一区域形成的鳍式本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域内具有凸起的鳍部、位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；在所述第一区域的栅极结构两侧形成第一侧墙，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成第一负遮盖区；在所述第二区域的栅极结构两侧形成第二侧墙，所述第二侧墙的宽度小于所述第一侧墙的宽度，所述第二侧墙覆盖的部分鳍部构成第二负遮盖区；对所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部进行离子注入，形成源区和漏区。

【技术特征摘要】
1.一种鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，所述半导体衬底具有第一区域和第二区域，所述第一区域和第二区域内具有凸起的鳍部、位于所述鳍部上的栅极结构，所述栅极结构覆盖部分所述鳍部的顶部和侧壁；在所述第一区域的栅极结构两侧形成第一侧墙，所述第一侧墙覆盖的部分鳍部构成第一负遮盖区；在所述第二区域的栅极结构两侧形成第二侧墙，所述第二侧墙的宽度小于所述第一侧墙的宽度，所述第二侧墙覆盖的部分鳍部构成第二负遮盖区；对所述第一区域和第二区域的栅极结构两侧的鳍部进行离子注入，形成源区和漏区；其中，所述第一区域形成的鳍式场效应晶体管作为输入/输出晶体管，所述第一侧墙的材料为高介电常数材料，所述第一负遮盖区与第一区域的鳍部中的沟道区的掺杂浓度和掺杂类型相同。2.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二负遮盖区的宽度小于所述第一负遮盖区的宽度。3.如权利要求2所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一负遮盖区的宽度范围为300埃～500埃。4.如权利要求2所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二负遮盖区的宽度范围为10埃～50埃。5.如权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第一负遮盖区的掺杂浓度与所述输入/输出晶体管沟道区域的掺杂浓度相同。6.如权利要求4所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，还包括对所述输入/输出晶体管的漏区端的第一负遮盖区进行离子注入，形成反型掺杂区。7.如权利要求6所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述反型掺杂区的掺杂类型与所述输入/输出晶体管的源区和漏区掺杂类型相反。8.如权利要求7所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述反型掺杂区的宽度范围为1埃～300埃。9.如权利要求1所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二区域形成的鳍式场效应晶体管作为核心逻辑晶体管。10.如权利要求9所述的鳍式场效应晶体管的形成方法，其特征在于，所述第二负遮盖区的掺杂浓度与所述核心逻辑晶体管沟道区域的掺杂浓度相同...

【专利技术属性】
技术研发人员：三重野文健，殷华湘，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31