具有超陡逆行阱的体鳍片FET及其制造方法技术

本发明专利技术涉及具有超陡逆行阱的体鳍片FET及其制造方法。一种用于在体衬底中形成鳍片晶体管的方法包括在体衬底上形成超陡逆行阱（SSRW）。阱包括在未掺杂层下形成的第一导电类型掺杂剂的掺杂部分。在未掺杂层上生长的鳍片材料。从鳍片材料形成鳍片结构，并且鳍片材料是未掺杂的或者掺杂的。邻近鳍片结构提供源极和漏极区域以形成鳍片场效应晶体管。

Body fin FET with ultra steep reverse trap and method of manufacturing the same

The present invention relates to a body fin FET with an ultra steep reverse trap and a method of manufacturing the same. A method for forming a fin transistor in a body substrate includes forming an ultra steep retrograde trap (SSRW) on a body substrate. The well includes a doped portion of the first conductivity type dopant formed under the undoped layer. Fin material grown on undoped layer. A fin structure is formed from the fin material, and the fin material is undoped or doped. Adjacent fin structures provide source and drain regions to form fin field effect transistors.

【技术实现步骤摘要】
具有超陡逆行阱的体鳍片FET及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造，更具体地，涉及具有逆行掺杂阱以减少或避免在体衬底中形成的鳍片FET中的穿通效应的器件和方法。
技术介绍
穿通效应是在金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)中的源极和漏极区域之间发生的寄生泄漏电流。因为在漏极和源极区域之间存在寄生电流路径，金属氧化物半导体(MOS)晶体管的泄漏电流可能增加。在体MOSFET中存在这样的寄生路径，例如，在源极和漏极之间，但是在栅极下面更深处的区域中。因为电路位于远离栅极的体中，所以此部分泄漏电流很难被栅极控制。此寄生电流叠加到亚阈值漏电流上导致功率损耗的增加。在绝缘体上硅(SOI)衬底上构建的鳍片场效应晶体管(鳍片FET)具有基本减少了穿通效应的优点，因为掩埋氧化物的存在将鳍片底部处的漏极到源极耦合最小化。然而，在体衬底中，在鳍片下面的区域中穿通效应很明显。一种减少穿通效应的方法是增加整个体衬底的掺杂水平。作为结果，漏极和源极耗尽区域将变得更小并且将不会建立寄生电流路径。然而，此衬底的掺杂在后续处理期间向上扩散到鳍片，导致鳍片在鳍片的底部处具有比顶部更高的阈值电压。为了抵消这一点，鳍片可以是锥形的(底部比顶部更宽)以在整个鳍片高度内保持基本均匀的阈值电压。另外，向上到鳍片的随机掺杂剂扩散会导致阈值电压(Vt)变化。一个较佳备选是防止穿通、保持在整个鳍片高度内的均匀的阈值并且避免Vt波动。
技术实现思路
一种采用体衬底形成鳍片晶体管的方法，包括在体衬底中或者上形成超陡逆行阱(SSRW)，所述阱包括第一导电类型掺杂剂的掺杂部分并且在所述体衬底中在未掺杂层下形成，所述SSRW在对应于鳍片结构的位置之下形成；在所述未掺杂层上生长鳍片材料；从所述鳍片材料形成所述鳍片结构；在所述鳍片结构上形成栅极结构；以及形成邻近所述鳍片结构的源极和漏极区域以形成鳍片场效应晶体管。另一种用体衬底形成鳍片晶体管的方法，包括：在所述体衬底上生长延伸区域；在所述体衬底中形成窄沟槽隔离区域以分离器件区域；掩蔽第一器件区域以在所述延伸区域中形成第一超陡逆行阱(SSRW)，所述第SSRW包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分；不掩蔽所述第一器件区域并且掩蔽第二器件区域以形成第二SSRW，所述第二SSRW包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分，其中在所述第二SSRW中的掺杂与所述第一SSRW的极性相反；不掩蔽所述第二器件区域；在所述第一和第二SSRW上生长鳍片材料；从所述鳍片材料形成鳍片结构，所述鳍片材料在各自的器件区域中掺杂有导电类型与在各自的鳍片结构下的所述SSRW的掺杂剂相反的掺杂剂；在所述鳍片结构上形成栅极叠层；以及形成邻近所述鳍片结构的源极和漏极区域以形成N-型和P-型鳍片场效应晶体管。一种具有用体衬底形成的鳍片晶体管的器件，包括超陡逆行阱(SSRW)，在体衬底上或中形成，所述阱包括在未掺杂层下的第一导电类型掺杂剂的掺杂部分，所述掺杂部分包括高掺杂接地面(groundplane)；在SSRW上从鳍片材料形成鳍片结构，在鳍片结构上形成栅极叠层，以及形成邻近所述鳍片结构的源极和漏极区域以形成鳍片场效应晶体管。另一种具有用体衬底形成的鳍片晶体管的器件，包括体衬底，在体衬底上形成的延伸区域以及在体衬底中形成的窄沟槽隔离区域以分离器件区域。第一器件区域包括在所述延伸区域中的第一超陡逆行阱(SSRW)，所述第一SSRW包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分。第二器件区域包括第二SSRW，所述第二SSRW包括在所述延伸区域的未掺杂层之下的掺杂部分，其中在所述第二SSRW中的掺杂与所述第一SSRW的极性相反。以鳍片材料形成的鳍片结构，所述鳍片材料在各自的器件区域中掺杂有导电类型与在各自的鳍片结构之下的所述SSRW的掺杂剂相反的掺杂剂。栅极叠层在所述鳍片结构上形成。源极和漏极区域邻近所述鳍片结构形成以形成N-型和P-型鳍片场效应晶体管。联系附图阅读下列对示出的实施例的详细描述，将明白这些和其它特征以及优点。附图说明参考随后的附图，在下列优选实施例的详细描述中，提供了本专利技术的细节：图1示出了根据本原理的具有含有两个扩散阻挡层的超陡逆行阱(SSRW)的鳍片FET器件的部分截面图；图2示出了根据本原理的具有在NFET中的鳍片下面形成的超陡逆行阱(SSRW)的鳍片FET器件的部分截面图；图3示出了根据本原理的具有在PFET中的鳍片下面形成的超陡逆行阱(SSRW)的鳍片FET器件的部分截面图；图4示出了根据本原理的具有其上形成的延伸区域的衬底的截面图；图5是根据本原理的具有形成为分离器件区域的浅沟槽隔离材料的图4的衬底的截面图；图6为示出了根据本原理的掩蔽第一器件区域以掺杂在另一器件区域中的阱的图5的衬底的截面图；图7为示出了根据本原理的掩蔽另一器件区域以掺杂在第一器件区域中的阱的图6的衬底的截面图；图8为示出了根据本原理的从顶表面除去浅沟槽材料并且活化退火以活化阱中的掺杂剂的图7的衬底的截面图；图9为示出了根据本原理形成的可选的蚀刻停止层的图8的衬底的截面图；图10为示出了根据本原理生长的鳍片材料的图9的衬底的截面图；图11为示出了根据本原理在鳍片材料中蚀刻的鳍片的图10的衬底的截面图；以及图12为示出了形成根据本原理的具有SSRW的半导体器件的步骤的框图。具体实施方式根据本专利技术，提供了用于减小或者避免穿通效应、阈值电压波动以及在体衬底鳍片场效应晶体管(鳍片FET)中的问题的器件和方法。在特定的可用实施例中，在衬底中在鳍片下面形成超陡逆行阱(SSRW)。SSRW可以用于平面体器件背景中以改善晕(halo)设计的漏极感应势垒降低(DIBL)并且减轻随机掺杂剂波动的影响。在鳍片FET中，DIBL主要受鳍片厚度和除了在鳍片底部附近(最靠近衬底)之外的栅极介质厚度的影响。因此，SSRW对防止鳍片底部处的穿通特别有效。SSRW还减轻导致沿鳍片高度的阈值电压(Vt)的变化的掺杂剂进入鳍片的扩散，其导致整个鳍片高度的较低的有效利用。另外，SSRW结构防止由掺杂剂扩散进入鳍片而导致的随机掺杂剂波动。应该明白，本专利技术将关于具有衬底的给定的示例性架构来描述，其可以包括使用半导体晶片，然而，其它架构、结构、衬底材料以及工艺特点和步骤可以在本专利技术的范围内变化。还应该明白，当元件，如层、区域或者衬底称为在另一个元件“上”或者“上面”时，其可以直接在另一个元件上或者还可以存在间隔元件。相比之下，当元件被称为“直接在另一个元件上”或者“直接在另一个元件上面”时，不存在间隔元件。还应该明白，当元件称为与另一个元件“连接”或者“耦合”时，其可以直接连接或者耦合到另一个元件或者可以存在间隔元件。相比之下，当元件被称为“直接连接”或者“直接耦合”到另一个元件时，不存在间隔元件。根据本专利技术的实施例可以包括用于集成电路芯片的设计，芯片设计以图形计算机程序语言创造并且存储在计算机存储介质中(例如，硬盘、磁带、物理硬盘驱动器或者如存储存取网络中的虚拟硬盘驱动器)。如果设计者不制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，设计者可通过物理方式(例如，通过提供存储介质存储的设计的副本)或者电学(例如通过互联网)直接或者间接地将产生的设计传输到这样的实体。然后，存储的设计转换为合适的格式(例如，GD本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用体衬底形成鳍片晶体管的方法，包括：在所述体衬底上生长延伸区域；在所述体衬底中形成窄沟槽隔离区域以分离器件区域；掩蔽第一器件区域以在所述延伸区域中形成第一超陡逆行阱，所述第一超陡逆行阱包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分；不掩蔽所述第一器件区域并且掩蔽第二器件区域以形成第二超陡逆行阱，所述第二超陡逆行阱包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分，其中在所述第二超陡逆行阱中的掺杂具有与所述第一超陡逆行阱相反的极性；不掩蔽所述第二器件区域；在所述第一和第二超陡逆行阱之上生长鳍片材料；从所述鳍片材料形成鳍片结构，所述鳍片材料在各自的器件区域中掺杂有导电类型与在各自的鳍片结构之下的所述超陡逆行阱的掺杂剂相反的掺杂剂；在所述鳍片结构上形成栅极叠层；以及形成邻近所述鳍片结构的源极和漏极区域以形成N‑型和P‑型鳍片场效应晶体管。

【技术特征摘要】
2012.12.07 US 13/708,5311.一种用体衬底形成鳍片晶体管的方法，包括：在所述体衬底上生长延伸区域；在所述体衬底中形成窄沟槽隔离区域以分离器件区域；掩蔽第一器件区域以在所述延伸区域中形成第一超陡逆行阱，所述第一超陡逆行阱包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分；不掩蔽所述第一器件区域并且掩蔽第二器件区域以形成第二超陡逆行阱，所述第二超陡逆行阱包括在所述延伸区域的未掺杂部分之下的掺杂部分，其中在所述第二超陡逆行阱中的掺杂具有与所述第一超陡逆行阱相反的极性；不掩蔽所述第二器件区域；在所述第一和第二超陡逆行阱之上生长鳍片材料；从所述鳍片材料形成鳍片结构，所述鳍片材料在各自的器件区域中掺杂有导电类型与在各自的鳍片结构之下的所述超陡逆行阱的掺杂剂相反的掺杂剂；在所述鳍片结构上形成栅极叠层；以及形成邻近所述鳍片结构的源极和漏极区域以形成N-型和P-型鳍片场效应晶体管。2.根据权利要求1的方法，其中所述超陡逆行阱包括至少一个扩散阻挡层。3.根据权利要求1的方法，其中所述超陡逆行阱包括在所述掺杂部分中的高掺杂接地面。4.根据权利要求1的方法，其中所述延伸区域包括晶体结构，其被配置为防止第一导电类型掺杂剂从其中向外扩散。5.根据权利要求4的方法，其中所述晶体结构包括SiC并且所述第一导电类型掺杂剂包括B和P中的一种。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡劲，K·K·陈，R·H·德纳尔德，B·B·多里斯，B·P·林德尔，R·穆拉丽达，G·G·沙希迪，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US