專利名稱：不對(duì)稱多柵極晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本發(fā)明總地涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及不對(duì)稱多柵極晶體管及其 形成方法。
背景技術(shù)：
使用多柵極晶體管是半導(dǎo)體制造商提出的用于促進(jìn)互補(bǔ)金屬氧化物半
導(dǎo)體(CMOS)技術(shù)持續(xù)按比例縮小的一種選擇。具有設(shè)置在晶體管的多個(gè) 側(cè)面上的柵極的多柵極晶體管允許更小的器件尺寸和以更高速度開關(guān)的更 高電流。 一種類型的多柵極晶體管是鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FinFET)，其具有 圍繞半導(dǎo)體鰭的多個(gè)柵極。普通的多柵極鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有對(duì)稱結(jié)構(gòu)和 固定的器件特性。然而，對(duì)于一些應(yīng)用，希望具有不對(duì)稱的多柵極鰭式場(chǎng)效 應(yīng)晶體管。才艮據(jù)電源，不對(duì)稱鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特性可以調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)功 耗和器件性能之間的最佳權(quán)衡。例如，當(dāng)通過電池給鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管供電 時(shí)，低功耗要求通常比性能要求更重要。另一方面，當(dāng)通過外部AC電源給 鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管供電時(shí)，通常希望高性能。
當(dāng)前可得的不對(duì)稱多柵極鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管的缺點(diǎn)在于形成這些晶體 管的方法復(fù)雜且昂貴。例如，這些方法通常需要額外的掩模層次和/或是復(fù)雜 的工藝。

發(fā)明內(nèi)容
因此，需要一種改進(jìn)的不對(duì)稱多柵極鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管及形成方法。 在一個(gè)實(shí)施例中，提供一種不對(duì)稱多柵極晶體管。在該實(shí)施例中，不對(duì) 稱多柵極晶體管包括襯底和形成在襯底上的半導(dǎo)體鰭。半導(dǎo)體鰭通過半導(dǎo)體 摻雜劑不對(duì)稱地?fù)诫s。鰭的第一側(cè)面部分具有高摻雜濃度且與其相反的第二 側(cè)面部分具有較低的摻雜濃度。不對(duì)稱多柵極晶體管還包括形成在鰭上的柵 電介質(zhì)。柵電介質(zhì)包括形成在鰭的具有高摻雜濃度的第 一側(cè)面部分上的第一 柵電介質(zhì)和形成在鰭的具有較低摻雜濃度的第二側(cè)面部分上的第二柵電介
質(zhì)。不對(duì)稱多柵極晶體管還包括形成在第 一柵電介質(zhì)上的第 一柵導(dǎo)體和形成 在第二柵電介質(zhì)上的第二柵導(dǎo)體。
在另一實(shí)施例中，提供一種形成不對(duì)稱多初t極晶體管的方法。在本實(shí)施 例中，該方法包括在襯底上形成半導(dǎo)體鰭。該方法還包括用半導(dǎo)體摻雜劑不 對(duì)稱地?fù)诫s半導(dǎo)體鰭。不對(duì)稱摻雜包括用高摻雜濃度的摻雜劑摻雜鰭的第一 側(cè)面部分并用較低摻雜濃度的摻雜劑摻雜鰭的第二側(cè)面部分。該方法還包括 在鰭上形成柵電介質(zhì)。柵電介質(zhì)的形成包括在鰭的具有高摻雜濃度的第 一側(cè) 面部分上形成第 一柵電介質(zhì)和在鰭的具有較低摻雜濃度的第二側(cè)面部分上 形成第二柵電介質(zhì)。本實(shí)施例的方法還包括在第一柵電介質(zhì)上形成第一柵導(dǎo) 體并在第二柵電介質(zhì)上形成第二柵導(dǎo)體。
在第三實(shí)施例中，提供一種用于形成不對(duì)稱多柵極晶體管的方法。在本 實(shí)施例中，該方法包括在襯底上形成半導(dǎo)體鰭。該方法還包括使注入材料并 入半導(dǎo)體鰭的第一側(cè)面部分。本實(shí)施例的方法還包括在半導(dǎo)體鰭上生長(zhǎng)柵電 介質(zhì)。具有注入材料的半導(dǎo)體鰭的第一側(cè)面部分生長(zhǎng)第一柵電介質(zhì)，其具有 與生長(zhǎng)在半導(dǎo)體鰭第二側(cè)面部分上的第二柵電介質(zhì)的厚度不同的厚度。本實(shí) 施例的方法還包括在第 一柵電介質(zhì)上形成第 一柵導(dǎo)體并在第二柵電介質(zhì)上 形成第二柵導(dǎo)體。


圖1 a-1 b分別示出了根據(jù)本公開第 一實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管的截
面圖和頂:規(guī)圖2a-2d示出了用于形成圖la-lb所示的不對(duì)稱多柵極晶體管的方法； 圖3a-3b分別示出了根據(jù)本公開第二實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管的截 面圖和頂一見圖4a-4d示出了用于形成圖3a-3b所示的不對(duì)稱多柵極晶體管的方法； 圖5a-5b分別示出了根據(jù)本公開第三實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管的截 面圖和頂碎見圖6a-6d示出了用于形成圖5a-5b所示的不對(duì)稱多4冊(cè)^l晶體管的方法； 圖7a-7b分別示出了根據(jù)本公開第四實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管的截 面圖和頂浮見圖；以及
圖8a-8d示出了用于形成圖7a-7b所示的三4冊(cè)極晶體管的方法。
具體實(shí)施例方式
圖la-lb示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管10。不對(duì) 稱多柵極晶體管IO是不對(duì)稱的，因?yàn)榫w管的半導(dǎo)體鰭中的摻雜剖面是不 均勻的。也就是說，鰭的一部分具有較高摻雜濃度而鰭的相對(duì)部分具有較低 摻雜濃度。這導(dǎo)致不對(duì)稱多柵極晶體管一側(cè)的一個(gè)晶體管具有與不對(duì)稱多柵 極晶體管另一側(cè)的另一晶體管不同的閾值電壓(Vt)，其中Vt是導(dǎo)通晶體管 所需的電壓。具有高Vt的晶體管適合在低功率應(yīng)用中使用，而具有低Vt的 晶體管適合在高性能應(yīng)用中使用。
回頭參考附圖，圖la示出不對(duì)稱多柵極晶體管IO的截面圖。圖la示 出了形成在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底上的不對(duì)稱多柵極晶體管10，該絕 緣體上半導(dǎo)體村底包括襯底層22、埋置氧化物(BOX)層24。此外，在BOX 層24上存在其上形成半導(dǎo)體鰭28的半導(dǎo)體層(未示出)。襯底層22可以包 括任何半導(dǎo)體材料，包括但不限于硅、鍺、硅鍺、碳化硅、氧化鋁、以及主 要由一種或更多ni-V或II-VI族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的那些材料。BOX層24 可包括任何絕緣材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有約7 以上相對(duì)介電常數(shù)的高k材料、或這些材料的任何組合。襯底層22和BOX 層24形成襯底26，其中在其上形成不對(duì)稱多柵極晶體管10的額外層。
如圖la所示，不對(duì)稱多4冊(cè)極晶體管10還包括形成在襯底26上的半導(dǎo) 體鰭28。半導(dǎo)體鰭可以包括任何合適的半導(dǎo)體材料，包括但不限于硅、鍺、 硅鍺、碳化硅、氧化鋁、以及主要由一種或更多III-V或II-VI族化合物半導(dǎo) 體構(gòu)成的那些材料。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭28包括單晶硅。半導(dǎo)體鰭 28不限于圖la所示的形狀且可以采取諸如柱形或圓柱形的其他形狀的形 式。半導(dǎo)體鰭28通過半導(dǎo)體摻雜劑被不對(duì)稱地?fù)诫s，其中鰭的一側(cè)部分具 有高摻雜濃度且與其相對(duì)的一側(cè)部分具有較低的摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施例 中，半導(dǎo)體摻雜劑包括選自由諸如磷(P )、砷(As )和銻(Sb )的n型摻雜 劑構(gòu)成的組的摻雜劑。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體摻雜劑包括選自由諸如硼 (B)、氟化硼(BF2)、鎵(Ga)、銦(In)和鉈(Tl)的p型摻雜劑構(gòu)成的 組的纟參雜劑。
圖la通過示出半導(dǎo)體鰭28的左側(cè)部分比鰭的右側(cè)部分更多陰影示出了 鰭的不均勻摻雜剖面。具有更多陰影的半導(dǎo)體鰭28的左側(cè)部分表示更高的
摻雜濃度，而較少陰影的鰭右側(cè)部分表示較低的摻雜濃度。半導(dǎo)體鰭28左
側(cè)較高摻雜濃度且鰭右側(cè)部分較低摻雜濃度的定位僅用于說明目的而不限 制在鰭的哪部分上可具有較高和較低的摻雜濃度。具有較高摻雜濃度的半導(dǎo)
體鰭28的側(cè)部具有優(yōu)選在lE15cm^至lE20cm-3范圍的摻雜濃度，更優(yōu)選地 在1E17cm-3至1E19cm-3的范圍，且最優(yōu)選地在5E17cm-3至5E18cm-3的范圍。 具有較低摻雜濃度的側(cè)部具有優(yōu)選低于lE18cm-3的摻雜濃度，更優(yōu)選地低于 lE17cm-3，且最優(yōu)選地低于lE16cm-3。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜濃度從鰭的一 側(cè)部到鰭的另一側(cè)部逐漸改變。在另一實(shí)施例中，摻雜劑僅局域化在鰭的一 個(gè)側(cè)部中。
回頭參考圖la，不對(duì)稱多柵極晶體管10還包括形成在半導(dǎo)體鰭28上的 柵電介質(zhì)(第一柵電介質(zhì)30a和第二柵電介質(zhì)30b)。第一柵電介質(zhì)30a形成 在半導(dǎo)體鰭28的具有高摻雜濃度的一側(cè)部的側(cè)壁上，第二柵電介質(zhì)30b形 成在鰭的具有較低摻雜濃度的相反側(cè)部的側(cè)壁上。在半導(dǎo)體鰭28之上形成 覆蓋第一柵電介質(zhì)30a、半導(dǎo)體鰭28和第二柵電介質(zhì)30b每個(gè)的頂部的蓋層 32。蓋層32旨在圖案優(yōu)化并在后續(xù)工藝期間保護(hù)半導(dǎo)體鰭28。適于蓋層32 的材料包括但不限于氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、無(wú)定形碳、及其 任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋層32包括氮化硅。
在第一柵電介質(zhì)30a和蓋層32 —側(cè)在襯底26上形成第一柵導(dǎo)體12a， 在第二柵電介質(zhì)30b和蓋層32的另 一側(cè)在襯底26上形成第二柵導(dǎo)體12b。 在圖la中，由于半導(dǎo)體鰭28的左側(cè)部分與鰭的右側(cè)部分相比具有較高的摻 雜濃度，因此當(dāng)通過第一柵導(dǎo)體12a控制時(shí)晶體管IO將具有高Vt,當(dāng)通過 第二柵導(dǎo)體12b控制時(shí)將具有低Vt。
圖lb示出了沿圖la所示的切線l-l取得的不對(duì)稱多柵極晶體管IO的頂 視圖。圖lb示出半導(dǎo)體鰭28包括溝道區(qū)20、源區(qū)16和漏區(qū)18。溝道區(qū)20、 源區(qū)16、漏區(qū)18、兩個(gè)4冊(cè)電介質(zhì)30a和30b、以及兩個(gè)柵導(dǎo)體12a和12b形 成不對(duì)稱多柵極晶體管10。
圖2a-2d示出了用于形成圖la-lb所示的不對(duì)稱多柵極晶體管10的方 法。用于形成不對(duì)稱多柵極晶體管10的方法從提供晶片開始。在一個(gè)實(shí)施 例中，晶片包括SOI晶片，但可以包括體硅。如圖2a所示，用于形成不對(duì) 稱多柵極晶體管10的初始結(jié)構(gòu)包括形成在SOI晶片的SOI層(未示出)上 的半導(dǎo)體鰭28。 SOI層下面的BOX層24和襯底層22形成襯底26。襯底層22和半導(dǎo)體鰭28可以包括任何半導(dǎo)體材料，包括但不限于硅、鍺、硅鍺、 碳化硅、多晶硅、以及主要由一種或更多III-V或II-VI族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成 的那些。BOX層24可包括任何絕緣材料，包括但不限于氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、具有約7以上相對(duì)介電常數(shù)的高k材料、或這些材料的任何組合。 在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭28和襯底層22都包括硅。在一個(gè)實(shí)施例中，襯 底層22具有優(yōu)選在約200微米至約1000微米范圍的厚度，且更優(yōu)選地在約 500微米至約750樣i米的范圍。BOX層24具有優(yōu)選在約30納米至約3000 納米范圍的厚度，且更優(yōu)選地在約100納米至約150納米的范圍。
圖2a還示出了形成在鰭頂上的蓋層32。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋層32包括 諸如氧化物、氮化物、氮氧化物、或其多層的電介質(zhì)材料。半導(dǎo)體鰭28和 蓋層32的高度和厚度可以根據(jù)不對(duì)稱多柵極晶體管10的應(yīng)用而改變。在一 個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭28具有優(yōu)選在約30納米至約200納米范圍的高度， 且更優(yōu)選在約50納米至約100納米的范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭28 具有優(yōu)選在約5納米至約200納米范圍的寬度，且更優(yōu)選地在約30納米至 約70納米的范圍。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋層32具有優(yōu)選在約5納米至約200 納米范圍的厚度，且更優(yōu)選地在約30納米至約50納米的范圍。
蓋層32可以通過常規(guī)沉積工藝形成，包括但不限于化學(xué)氣相沉積 (CVD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積 (PECVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、低于大氣壓的化 學(xué)氣相沉積(SACVD )、快速熱化學(xué)氣相沉積(TRCVD )、有限反應(yīng)處理CVD (LRPCVD)、超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉 積(MOCVD)、原子層沉積(ALD)、分子束外延(MBE)、物理氣相沉積、 濺射、鍍、蒸鍍、離子束沉積、電子束沉積、激光輔助沉積?？蛇x地，本技 術(shù)領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的常規(guī)熱氧化和/或氮化工藝可用于生長(zhǎng)蓋層32。
圖2&所示的結(jié)構(gòu)是利用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)工藝.制造的。例如， 常規(guī)光刻和諸如反應(yīng)離子蝕刻、離子束蝕刻、等離子體蝕刻、或激光燒蝕的 干法蝕刻可用于構(gòu)圖蓋層32并將蓋層中的圖案轉(zhuǎn)移到下面的SOI以形成半 導(dǎo)體鰭28。光刻可以包括將光致抗蝕劑(未示出)應(yīng)用到蓋層32，將光致 抗蝕劑曝光到輻射圖案并使用常規(guī)抗蝕劑顯影劑將圖案顯影到光致抗蝕劑 中。蝕刻可以包括使用 一種或多種上述干法蝕刻工藝的單蝕刻工藝或多蝕刻 工藝。在蝕刻之后，使用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的常規(guī)剝離工藝去除光致抗蝕
劑?？蛇x地，可以將電子束光刻和/或間隔物成^f象轉(zhuǎn)移技術(shù)(spacer imaging transfer technique )用于構(gòu)圖蓋層32和半導(dǎo)體鰭28。
圖2b示出得自圖2a的結(jié)構(gòu)被引入半導(dǎo)體摻雜劑。在一個(gè)實(shí)施例中，如 圖2b所示的箭頭29所示，半導(dǎo)體鰭28的側(cè)部接收成角度的半導(dǎo)體摻雜劑 注入，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的。成角度注入促進(jìn)了半導(dǎo)體鰭28的不對(duì) 稱摻雜。通過不對(duì)稱摻雜半導(dǎo)體鰭28，接收成角度注入的鰭的側(cè)部將具有較 高的摻雜濃度，且與接收成角度注入的側(cè)面相反的側(cè)部將具有較低的摻雜濃 度或沒有摻雜劑。具有較高摻雜濃度的鰭左側(cè)部分在圖2b中用更多陰影來(lái) 表示，而具有較低摻雜濃度的鰭側(cè)部具有較少陰影。不對(duì)稱摻雜半導(dǎo)體鰭28 的結(jié)果是具有不均勻的摻雜剖面的鰭。還可以使用取代成角度離子注入的替 代方法來(lái)不對(duì)稱地?fù)诫s半導(dǎo)體鰭28。例如，諸如氮化硅層的保護(hù)層可以形成 在半導(dǎo)體鰭28的一側(cè)部上，半導(dǎo)體摻雜劑通過現(xiàn)有或未來(lái)開發(fā)的摻雜技術(shù) 被引入到暴露的相反側(cè)部中，摻雜技術(shù)包括但不限于離子注入、氣相摻雜、 等離子體摻雜、等離子體浸沒離子注入、浸沒摻雜(infusion doping )、液相 摻雜和固相摻雜。
用于制造不對(duì)稱多柵極晶體管10的摻雜劑類型將改變并取決于晶體管 的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體摻雜劑是選自由磷(P)、砷(As)和銻(Sb) 構(gòu)成的組的n型摻雜劑。在一供選實(shí)施例中，半導(dǎo)體摻雜劑是選自由硼(B )、 氟化硼(BF2)、鎵(Ga)、銦(In)和鉈(Tl)構(gòu)成的組的p型摻雜劑。用 于制造不對(duì)稱多柵極晶體管10的摻雜劑的量將改變且取決于所選的摻雜劑 和晶體管的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭28的具有較高摻雜濃度的側(cè) 部具有優(yōu)選在lE15cn^至1E20cm-s范圍的摻雜濃度，更優(yōu)選地在lE17cm-3 至1E19cm-s的范圍，且最優(yōu)選地在5E17cm-s至5E18cn^的范圍。鰭的具有 較低摻雜濃度的側(cè)部具有優(yōu)選低于lE18cm-3的摻雜濃度，更優(yōu)選地低于 mi7cm-3，且最優(yōu)選地低于lE16cm-3。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜濃度從鰭的一 側(cè)部向鰭的另一側(cè)部逐漸改變。在另一實(shí)施例中，摻雜劑僅集中在鰭的一個(gè) 側(cè)部中。 .
取決于摻雜方法，可以進(jìn)行可選的激活工藝以激活半導(dǎo)體鰭中的摻雜 劑。激活工藝可包括進(jìn)行熱退火工藝，例如快速熱退火、爐退火和激光退火。 可選地，諸如紫外線(UV)輻射的輻射工藝可以用于激活摻雜劑。
圖2c示出了得自圖2b的結(jié)構(gòu)，柵電介質(zhì)(第一柵電介質(zhì)30a和第二柵
電介質(zhì)30b)形成在半導(dǎo)體鰭28上。第一柵電介質(zhì)30a形成在鰭28的具有 高摻雜濃度的側(cè)部上，第二柵電介質(zhì)30b形成在鰭的具有較低摻雜濃度的側(cè) 部上。第一和第二柵電介質(zhì)30a和30b可包括相同或不同的電介質(zhì)材料，包 括但不限于氧化硅(Si02)、氮化硅、氮氧化硅、具有約7以上相對(duì)介電常 數(shù)的高k (高介電常數(shù))材料、或這些材料的任何組合。高k材料的例子包 括但不限于金屬氧化物，例如氧化鉿、硅鉿氧化物、硅鉿氮氧化物、鑭氧化 物、鋁鑭氧化物、氧化鋯、硅鋯氧化物、硅鋯氮氧化物、氧化鉭、氧化鈦、 鋇鍶鈦氧化物、鋇鈦氧化物、鍶鈦氧化物、氧化釔、氧化鋁、鉛鈧鉭氧化物 和鈮酸鉛鋅、這些材料的任何組合。柵電介質(zhì)30a和30b中每一個(gè)的厚度可 以改變。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)柵電介質(zhì)具有約1納米至約IO納米范圍的 厚度。
存在各種方法可以在半導(dǎo)體鰭28上形成柵電介質(zhì)。每種方法將取決于 所選的用作柵電介質(zhì)的材料。例如，如果柵電介質(zhì)是Si02,則可以使用常規(guī) 熱氧化法來(lái)氧化半導(dǎo)體鰭28的側(cè)壁表面從而Si02可以熱生長(zhǎng)。在另一實(shí)施 例中，如果柵電介質(zhì)是高k電介質(zhì)，則可以使用常規(guī)沉積例如原子層沉積 (ALD)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積(MOCVD)和 激光輔助沉積。 -
圖2d示出了得自圖2c的結(jié)構(gòu)，第一柵導(dǎo)體12a和第二柵導(dǎo)體12b形成 在襯底26、柵電介質(zhì)30a和30b以及蓋層32上。第一柵導(dǎo)體12a和第二柵 導(dǎo)體12b包括選自由多晶硅或非晶硅、鍺、硅鍺、金屬(例如鎢、鈦、鉭、 釕、鈷、銅、鋁、鉛、柏、錫、銀、金)、導(dǎo)電金屬性化合物材料(例如氮 化鉭、氮化鈦、硅化鴒、氮化鎢、氮化鈦、氮化鉭、氧化釕、硅化鈷、硅化
體12a和12b的高度和厚度可以根據(jù)應(yīng)用而改變，但在大部分實(shí)施例中高度 和厚度將對(duì)應(yīng)于半導(dǎo)體鰭28和蓋層32的高度，且厚度將在約20納米至200 納米的范圍。
第一柵導(dǎo)體12a和第二柵導(dǎo)體12b可以通過常規(guī)工藝形成，例如原子層 沉積(ALD)、低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積
(PECVD)、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積(HDPCVD)、低于大氣壓的化 學(xué)氣相沉積(SACVD)、快速熱化學(xué)氣相沉積(RTCVD)、有限反應(yīng)處理CVD
(LRPCVD)、超高真空化學(xué)氣相沉積(UHVCVD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積
(MOCVD)、分子束外延(MBE)、物理氣相沉積、濺射、鍍、蒸鍍、離子 束沉積、電子束沉積、以及激光輔助沉積。
在沉積第一柵導(dǎo)體12a和第二柵導(dǎo)體12b之后，對(duì)圖2d的結(jié)構(gòu)進(jìn)行額 外的處理操作，以獲得不對(duì)稱多柵極晶體管10。在一個(gè)實(shí)施例中，常規(guī)構(gòu)圖
(即光刻)和蝕刻從圖2d所示的結(jié)構(gòu)去除不需要的材料以形成源區(qū)和漏區(qū)。 在進(jìn)行這些處理操作之后，進(jìn)行諸如離子注入的常規(guī)摻雜工藝以形成源16 和漏18。在一個(gè)實(shí)施例中，注入到源16和漏18中的摻雜劑具有與引入到溝 道區(qū)20中的摻雜劑相反的極性。結(jié)果是圖la所示的不對(duì)稱多柵極晶體管10。 圖3a-3b示出了不對(duì)稱多柵極晶體管的第二實(shí)施例。特別地，圖3a-3b 示出了具有不對(duì)稱體摻雜的三柵極晶體管11。三柵極晶體管11類似于圖 la-lb的不對(duì)稱多柵極晶體管10，除了晶體管11具有三個(gè)柵導(dǎo)體12a、 12b 和12c以及三個(gè)柵電介質(zhì)30a、 30b和30c (參見圖3a-3b )。在本實(shí)施例中， 圖la-lb所示的晶體管10的蓋層32被另一柵電介質(zhì)30c所取代。如圖3a 所示，三柵極晶體管11的半導(dǎo)體鰭28中的摻雜剖面是不均勻的。在本實(shí)施 例中，半導(dǎo)體鰭28的一側(cè)部具有較高摻雜濃度而鰭的相反側(cè)部具有較低摻 雜濃度。此外，半導(dǎo)體鰭28的頂部具有較高摻雜濃度。與具有較低摻雜濃 度的鰭右側(cè)部相反，存在于半導(dǎo)體鰭28的側(cè)部和頂部中的高摻雜濃度在圖 3a中用更多陰影來(lái)表示。溝道區(qū)20、源區(qū)16、漏區(qū)18、三個(gè)4冊(cè)電介質(zhì)30a、 30b和30c、以及三個(gè)柵導(dǎo)體12a、 12b和12c形成了不對(duì)稱多柵極晶體管11
(圖3a畫3b )。
圖3a-3b的構(gòu)造產(chǎn)生三柵極晶體管11的三個(gè)晶體管，三柵極晶體管11 的兩個(gè)晶體管(即側(cè)面的一個(gè)和頂上的一個(gè))具有與三柵極晶體管的第三個(gè) 剩余側(cè)面的晶體管不同的閾值電壓(Vt),該第三個(gè)剩余側(cè)面的晶體管具有 低摻雜濃度。具有高Vt的晶體管適合用在低功率應(yīng)用中，而具有低Vt的晶 體管適合用在高性能應(yīng)用中。在本實(shí)施例中，晶體管11在通過第一柵導(dǎo)體 12a或第三柵導(dǎo)體12c控制時(shí)將具有高Vt且在通過第二柵導(dǎo)體12b控制時(shí)具 有低Vt。
圖4a-4d示出了用于形成圖3a-3b所示的三柵極晶體管11的方法。用于 形成三柵極晶體管11的方法類似于關(guān)于圖2a-2d描述的方法，除了一些差別 之外。例如，在圖4a中不存在如圖2a所示的晶體管10中那樣形成在半導(dǎo) 體鰭28頂部上的蓋層。在本實(shí)施例中，僅半導(dǎo)體鰭28形成在襯底26上，
襯底26包括襯底層22和BOX層24。如圖4b所示，另一區(qū)別在于除了鰭 的一側(cè)部之外，成角度注入還用半導(dǎo)體摻雜劑不對(duì)稱地?fù)诫s了半導(dǎo)體鰭28 的頂部。結(jié)果，接受成角度注入的半導(dǎo)體鰭的頂部和側(cè)部將具有高摻雜濃度， 未接受成角度注入的鰭側(cè)部將具有較低的摻雜濃度。根據(jù)摻雜方法，可以進(jìn) 行可選激活工藝以激活半導(dǎo)體鰭中的摻雜劑。激活工藝可包括進(jìn)行熱退火工 藝，例如快速熱退火、爐退火和激光退火?？蛇x地，諸如紫外線(UV)輻 射的輻射工藝可以用于激活摻雜劑。
如圖4c所示的另一區(qū)別在于第三柵電介質(zhì)30c取代了圖2c所示結(jié)構(gòu)的 蓋層32。第三柵電介質(zhì)30c類似于第一和第二柵電介質(zhì)30a和30b且因此可 以包括電介質(zhì)材料，其可包括Si02、氮氧化硅、氮化硅或高k電介質(zhì)材料。 此外，柵電介質(zhì)30c可具有與柵電介質(zhì)30a和30b的上述厚度范圍類似的厚 度且可以以類似方式形成。圖4a-4d與圖2a-2d所述方法之間的最后區(qū)別在 于圖4d示出第三柵導(dǎo)體12c。第三柵導(dǎo)體12c可包括與相關(guān)于柵導(dǎo)體12a和 12b所述的材料相同的導(dǎo)電材料，且具有與上述相同的高度和厚度范圍。此 外，第三柵導(dǎo)體12c可以以與柵導(dǎo)體12a和12b相同的方式形成。
如同不對(duì)稱多柵極晶體管IO—樣，三柵極晶體管11 (圖3a-3b)通過對(duì) 圖4d所示的結(jié)構(gòu)進(jìn)行額外的處理操作來(lái)形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，常 規(guī)構(gòu)圖(即光刻)和蝕刻從所示結(jié)構(gòu)去除不需要的材料以形成源區(qū)和漏區(qū)。 在進(jìn)行這些處理操作之后，進(jìn)行諸如離子注入的常規(guī)摻雜工藝以形成源16 和漏18 (圖3b)。在一個(gè)實(shí)施例中，注入到源16 (圖3b)和漏18 (圖3b) 中的摻雜劑具有與引入到半導(dǎo)體鰭28中的摻雜劑相反的極性。結(jié)果是圖3b 所示的不對(duì)稱多4冊(cè)^ l晶體管11。
圖5a-5b示出了根據(jù)本公開第三實(shí)施例的不對(duì)稱多柵極晶體管34。不對(duì) 稱多柵極晶體管34是不對(duì)稱的，因?yàn)樾纬稍诎雽?dǎo)體鰭上的柵電介質(zhì)厚度改 變。特別地，半導(dǎo)體鰭的一側(cè)部具有形成在其上的薄柵電介質(zhì)，而鰭的相反 側(cè)部具有形成在其上的厚柵電介質(zhì)。形成在薄柵電介質(zhì)上的不對(duì)稱多柵極晶 體管34的側(cè)面晶體管將具有低Vt，而形成在厚柵電介質(zhì)上的不對(duì)稱多柵極 晶體管34的另一側(cè)面晶體管將具有高Vt。具有低Vt的不對(duì)稱多柵極晶體管 34的側(cè)面晶體管適合用在高性能應(yīng)用中，而具有高Vt的側(cè)面晶體管適合用 在低功率應(yīng)用中。
回頭參考附圖，圖5a示出了不對(duì)稱多柵極晶體管34的截面圖。在圖5a
中，不對(duì)稱多4冊(cè)極晶體管34形成在絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)襯底上，該襯底 包括與圖1 b中的襯底層22類似的襯底層46、與圖lb中的BOX層24類似 的埋置氧化物(BOX)層48、以及BOX層48頂上的半導(dǎo)體層(未示出)， 類似于如第一實(shí)施例所述其中形成半導(dǎo)體鰭52的半導(dǎo)體層。村底層46和 BOX層48形成襯底50，其中在上面形成不對(duì)稱多柵極晶體管34的其他層。
如圖5a所示，不對(duì)稱多柵極晶體管34還包括形成在襯底50上的半導(dǎo) 體鰭52。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體鰭52包括類似于上述第一實(shí)施例中的半 導(dǎo)體鰭28的材料。將注入材料54引入到半導(dǎo)體鰭52的一側(cè)部中。圖5a示 出在半導(dǎo)體鰭52左側(cè)部的注入材料54，但是，該位置不限制可以注入所述 注入材料的位置。在一個(gè)實(shí)施例中，注入材料54包括一種材料，包括但不 限于氫(H)、氘(D)、氮(N)、氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、 氤(Xe)、碳(C)、氧(O)、氟(F)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)、硼(B )、 銦(In)和鉈(Tl)。
形成在半導(dǎo)體鰭52上的柵電介質(zhì)的生長(zhǎng)速率可以根據(jù)所選的注入材料
而提高或降低。例如，當(dāng)氧化硅生長(zhǎng)在摻雜有氮的硅襯底上時(shí)，氧化硅的生 長(zhǎng)速率與在未摻雜的硅襯底上的生長(zhǎng)速率相比降低。另一方面，將氟引入到
硅襯底中提高了氧化硅的生長(zhǎng)速率。在一個(gè)實(shí)施例中，較厚的柵電介質(zhì)具有 約10埃至約100埃范圍的厚度，較薄的柵電介質(zhì)具有比較厚柵電介質(zhì)薄約2 埃至約20埃的厚度。
圖5a示出了形成在半導(dǎo)體鰭52上的第一柵電介質(zhì)56和第二柵電介質(zhì) 58。第一柵電介質(zhì)56形成在具有注入材料54的半導(dǎo)體鰭52的側(cè)部的側(cè)壁 上，第二柵電介質(zhì)58形成在與具有注入材料的側(cè)部相反的側(cè)部的側(cè)壁上。 在半導(dǎo)體鰭52之上形成與第一實(shí)施例中所述的蓋層32類似的蓋層60。蓋層 60旨在圖案優(yōu)化和在隨后處理期間保護(hù)半導(dǎo)體鰭52。
在襯底50上，在第一柵電介質(zhì)56和蓋層60的一側(cè)形成第一柵導(dǎo)體36a, 在第二柵電介質(zhì)58和蓋層的另一側(cè)形成第二柵導(dǎo)體36b。在圖5a中，由于 半導(dǎo)體鰭52的左側(cè)部分與鰭的右側(cè)部分相比具有較薄的柵電介質(zhì)56，因此 晶體管34在通過第一柵導(dǎo)體36a控制時(shí)將具有低Vt且在通過第二柵導(dǎo)體 36b控制時(shí)具有高Vt。
圖5b示出了沿圖5a所示的切線5-5取得的不對(duì)稱多柵極晶體管34的頂 視圖。圖5b示出半導(dǎo)體鰭52包括溝道區(qū)44、源區(qū)40和漏區(qū)42。溝道區(qū)44、
源區(qū)40、漏區(qū)42、兩個(gè)柵電介質(zhì)56和58以及兩個(gè)4冊(cè)導(dǎo)體36a和36b形成 了不對(duì)稱多柵極晶體管34。
圖6a-6d示出用于形成圖5a-5b所示的不對(duì)稱多4冊(cè);f及晶體管34的方法。 如圖6a所示，具有蓋層60的半導(dǎo)體鰭52形成在具有BOX層48和襯底層 46的SOI襯底上。圖6a中的結(jié)構(gòu)與圖2a中的結(jié)構(gòu)相同。用于形成這種結(jié)構(gòu) 的方法類似于上面在第一實(shí)施例中描述的方法。
圖6b示出得自圖6a的結(jié)構(gòu);陂注入注入材料54。如圖6b中的箭頭55 所示，半導(dǎo)體鰭52的側(cè)部"l妻受注入材料的成角度注入。在一個(gè)實(shí)施例中， 注入材料54包括選自由氫(H)、氘(D)、氮(N)、氦(He)、氖(Ne)、 氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、碳(C )、氧(O)、氟(F)、磷(P)、砷(As)、 銻(Sb)、硼(B)、銦(In)和鉈(Tl)構(gòu)成的組的材料。所選的注入材料 將決定半導(dǎo)體鰭52上柵電介質(zhì)56和柵電介質(zhì)58的生長(zhǎng)或氧化速率以及每 個(gè)氧化物的厚度。例如，如果將氮用作注入材料54，則已經(jīng)用氮注入的半導(dǎo) 體鰭52的側(cè)部上的Si02柵電介質(zhì)的生長(zhǎng)速率將低于鰭的沒有氮的一側(cè)。結(jié) 果，已經(jīng)用氮注入的半導(dǎo)體鰭52的側(cè)部上的柵電介質(zhì)的厚度將比鰭的沒有 氮的側(cè)面上的柵電介質(zhì)的厚度薄。
在另一實(shí)施例中，如果將氟用作注入材料54,則已經(jīng)用氟注入的半導(dǎo)體 鰭52的側(cè)部上的Si02柵電介質(zhì)的生長(zhǎng)速率將高于鰭的沒有氟的一側(cè)。結(jié)果， 已經(jīng)用氟注入的半導(dǎo)體鰭52的側(cè)部上的柵電介質(zhì)厚度將比鰭的沒有氟的側(cè) 面上的柵電介質(zhì)的厚度厚。在又一實(shí)施例中，如果將氟用作注入材料54，則 在已經(jīng)用氟注入的半導(dǎo)體鰭52的側(cè)部上諸如氧化鉿或鉿硅酸鹽的高k電介 質(zhì)的沉積速率將低于鰭的沒有氟的一側(cè)。結(jié)果，已經(jīng)用氟注入的半導(dǎo)體鰭52 的側(cè)部上的柵電介質(zhì)厚度將比鰭的沒有氟的側(cè)面上的柵電介質(zhì)的厚度薄。
還可以將代替成角度離子注入的替代方法用于不對(duì)稱地?fù)诫s半導(dǎo)體鰭 28。例如，諸如氮化硅層的保護(hù)層可以形成在半導(dǎo)體鰭28的一側(cè)部上，并 通過現(xiàn)有的或今后開發(fā)的摻雜技術(shù)將半導(dǎo)體摻雜劑引入到露出的相反側(cè)部 中，摻雜技術(shù)包括但不限于離子注入、氣相摻雜、等離子體摻雜、等離子體 浸沒離子注入、浸入摻雜、液相摻雜和固相摻雜。
取決于摻雜方法，可以進(jìn)行可選的激活工藝以激活半導(dǎo)體鰭中的摻雜 劑。激活工藝可包括進(jìn)行熱退火工藝，例如快速熱退火、爐退火和激光退火。 可選地，諸如紫外線(UV)輻射的輻射工藝可以用于激活摻雜劑。
為了制造不對(duì)稱多柵極晶體管34而注入到半導(dǎo)體鰭52中的注入材料的 量將改變且取決于所選的注入材料和晶體管的應(yīng)用。在一個(gè)實(shí)施例中，注入 到半導(dǎo)體鰭52的摻雜劑的量?jī)?yōu)選在約1E17cm-s至lE21cm-3的范圍左右，更 優(yōu)選地在1E18cm-3至1E20cm-3，且最優(yōu)選地在5E18cm-3至2E19cm-3。
圖6c示出了得自圖6b的結(jié)構(gòu)，第一柵電介質(zhì)56和第二柵電介質(zhì)58形 成在半導(dǎo)體鰭52上。第一柵電介質(zhì)56形成在半導(dǎo)體鰭52的具有注入材料 54的側(cè)部的側(cè)壁上，而第二柵電介質(zhì)58形成在與注入材料相反的鰭側(cè)部的 側(cè)壁上。在一個(gè)實(shí)施例中，第一柵電介質(zhì)56和第二柵電介質(zhì)58包括電介質(zhì) 材料，其可以包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、具有約7以上相對(duì)介電常數(shù) 的高k (高介電常數(shù))材料、或這些材料的任何組合。高k材料的例子包括 但不限于金屬氧化物，例如氧化鉿、硅鉿氧化物、硅鉿氮氧化物、氧化鑭、 鋁鑭氧化物、氧化鋯、硅鋯氧化物、硅鋯氮氧化物、氧化鉭、氧化鈦、鋇鍶 鈦氧化物、鋇鈦氧化物、鍶鈦氧化物、氧化釔、氧化鋁、鉛鈧鉭氧化物和鉛 鋅鈮酸鹽、這些材料的任何組合。在一個(gè)實(shí)施例中，較厚的柵電介質(zhì)58具 有約IO埃至約IOO埃范圍的厚度，而較薄的柵電介質(zhì)56具有比柵電介質(zhì)58 的厚度小約2埃至20埃的厚度。
柵電介質(zhì)56和柵電介質(zhì)58通過常規(guī)生長(zhǎng)或沉積方法同時(shí)形成在半導(dǎo)體 鰭52上。例如，當(dāng)電介質(zhì)56和58包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅時(shí)，可 以使用熱氧化或氮化。如上所述，半導(dǎo)體鰭52上電介質(zhì)56和58的生長(zhǎng)速 率和厚度將取決于注入到鰭中的注入材料。當(dāng)電介質(zhì)56和58包括諸如氧化 鉿或鉿硅酸鹽的高k電介質(zhì)時(shí)，可以使用原子層沉積(ALD)或金屬有機(jī)化 學(xué)氣相沉積(MOCVD )。如上所述，半導(dǎo)體鰭52上電介質(zhì)56和58的沉積 速率和厚度將取決于注入到鰭中的注入材料。
圖6d示出得自圖6c的結(jié)構(gòu)，第 一柵導(dǎo)體36a和第二柵導(dǎo)體36b形成在 襯底50、柵電介質(zhì)56和58以及蓋層60上。第一柵導(dǎo)體36a和第二柵導(dǎo)體 36b可以包括相同或不同的導(dǎo)電材料，與上面在第一實(shí)施例中描述的第一柵 導(dǎo)體12a和第二柵導(dǎo)體12b類似。 '
在沉積了第一柵導(dǎo)體36a和第二柵導(dǎo)體36b之后，對(duì)圖6d的結(jié)構(gòu)進(jìn)行 與第一實(shí)施例中用于形成不對(duì)稱多柵極晶體管10的處理操作類似的處理操 作，以獲得不對(duì)稱多柵極晶體管34。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，常規(guī)構(gòu)圖(即 光刻)和蝕刻從所示結(jié)構(gòu)去除不需要的材料以形成源區(qū)和漏區(qū)。在進(jìn)行這些
16處理操作之后，進(jìn)行諸如離子注入的常規(guī)摻雜工藝以形成源40和漏42。在 一個(gè)實(shí)施例中，注入到源40和漏42中的摻雜劑具有與引入到半導(dǎo)體鰭52 中的摻雜劑相反的極性。結(jié)果是圖5a所示的不對(duì)稱多柵極晶體管34。
圖7a-7b示出不對(duì)稱多柵極晶體管的第四實(shí)施例。特別地，圖7a-7b示 出具有不同厚度柵電介質(zhì)的三柵極晶體管35。三柵極晶體管35類似于圖 5a-5b的不對(duì)稱多柵極晶體管34，除了晶體管35具有三個(gè)柵導(dǎo)體36a、 36b 和36c以及三個(gè)柵電介質(zhì)56a、 56b和58 (參見圖7a-7b )。半導(dǎo)體鰭52包括 溝道區(qū)44、源區(qū)40和漏區(qū)42。溝道區(qū)44、源區(qū)40、漏區(qū)42、三個(gè)4冊(cè)電介 質(zhì)(56a、 56b和58)和三個(gè)柵導(dǎo)體(36a、 36b和36c )形成了不對(duì)稱多柵 極晶體管34 (圖7a-7b )。用于柵導(dǎo)體36c和柵電介質(zhì)56b的材料、厚度和形 成技術(shù)分別類似于柵導(dǎo)體36a、 36c和柵電介質(zhì)56a。此外，在本實(shí)施例中， 圖5a-5b所示的晶體管34的蓋層60已經(jīng)被另外的柵電介質(zhì)56b所取代。另 一區(qū)別在于半導(dǎo)體鰭52具有^皮注入有注入材料54的一個(gè)側(cè)部和頂部。
在本實(shí)施例中，形成在半導(dǎo)體鰭的具有注入材料的部分上的柵電介質(zhì) 56a和56b是薄柵電介質(zhì)，而形成在鰭的不具有注入材料的部分上的柵電介 質(zhì)58是厚電介質(zhì)。三柵極晶體管35的形成在薄柵電介質(zhì)上的柵導(dǎo)體將具有 低Vt，而三柵極晶體管35的形成厚柵電介質(zhì)上的柵導(dǎo)體將具有高Vt。三柵 極晶體管35的具有低Vt的柵導(dǎo)體適合用在高性能應(yīng)用中，而具有高Vt的 柵導(dǎo)體適合用在低功率應(yīng)用中。
圖8a-8d示出用于形成圖7a-7b所示的三柵極晶體管35的方法。用于形 成三柵極晶體管35的方法類似于相關(guān)于圖6a-6d所述的方法，除了一些區(qū)別 之外。例如，在圖8a中，不存在如圖6a所示的晶體管34中那樣形成在半 導(dǎo)體層鰭52上的蓋層。在本實(shí)施例中，僅有半導(dǎo)體鰭52形成在襯底50上， 襯底50包括襯底層46和BOX層48。如圖8b所示另 一區(qū)別在于除了鰭的 一側(cè)部之外，成角度的注入還用注入材料不對(duì)稱地注入半導(dǎo)體鰭52的頂部。 如上關(guān)于晶體管34所述，注入材料可包括選自由氫(H)、氘(D)、氮(N)、 氦(He)、氖(Ne)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、碳(C )、氧(O)、氟 (F )、磷(P )、砷(As )、銻(Sb )、硼(B )、銦(In)和鉈.(Tl)構(gòu)成的組 的材料。
所選的注入材料將決定形成在半導(dǎo)體鰭52上的柵電介質(zhì)56a、 56b和58 的厚度和生長(zhǎng)速率。例如，如果將氮用作注入材料54,則半導(dǎo)體鰭52的所
述頂部和側(cè)部上的Si02柵電介質(zhì)的生長(zhǎng)速率將低于鰭的沒有注入氮的一側(cè)。
結(jié)果，在半導(dǎo)體鰭52的所述頂部和側(cè)部上的柵電介質(zhì)的厚度將薄于鰭的沒 有注入氮的一側(cè)的柵電介質(zhì)的厚度。圖8c示出了具有薄的厚度的柵電介質(zhì) 56a和56b，而柵電介質(zhì)58具有較大的厚度。在另一實(shí)施例中，如果將氟用 作注入材料54，則柵電介質(zhì)56a、 56b和58的生長(zhǎng)速率將不同于注入材料是 氮的情況。結(jié)果，柵電介質(zhì)56a和56b的厚度將大于柵電介質(zhì)58的厚度。 在又一實(shí)施例中，如果將氟用作注入材料54,則在半導(dǎo)體鰭52的已經(jīng)用氟 注入的側(cè)部上諸如氧化鉿或鉿硅酸鹽的高k電介質(zhì)的沉積速率將低于鰭的沒 有氟的一側(cè)。結(jié)果，半導(dǎo)體鰭52的已經(jīng)用氟注入的側(cè)部上的柵電介質(zhì)的厚 度將小于鰭的沒有氟的一側(cè)的柵電介質(zhì)的厚度。
還可以將代替角度離子注入的替代方法用來(lái)不對(duì)稱地?fù)诫s半導(dǎo)體鰭52。 例如，諸如氮化硅層的保護(hù)層可以形成在半導(dǎo)體鰭52的一側(cè)部上，并通過 現(xiàn)有或今后開發(fā)的摻雜技術(shù)將半導(dǎo)體摻雜劑引入到露出的相反側(cè)部中，摻雜 技術(shù)包括但不限于離子注入、氣相摻雜、等離子體摻雜、等離子體浸沒離子 注入、浸入4參雜、液相摻雜和固相4參雜。
取決于摻雜方法，可以進(jìn)行可選的激活工藝以激活半導(dǎo)體鰭中的摻雜 劑。激活工藝可包括進(jìn)行熱退火工藝，例如快速熱退火、爐退火和激光退火。 可選地，諸如紫外線(UV)輻射的輻射工藝可以用于激活摻雜劑。
如同不對(duì)稱多柵極晶體管34，三柵極晶體管35通過對(duì)圖'8d所示的結(jié)構(gòu) 進(jìn)行額外的處理操作來(lái)形成。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，常規(guī)構(gòu)圖(即光刻) 和蝕刻從所示結(jié)構(gòu)去除不需要的材料以形成源區(qū)和漏區(qū)。在進(jìn)行這些處理操 作之后，進(jìn)行諸如離子注入的常規(guī)摻雜工藝以形成源40和漏42。在一個(gè)實(shí) 施例中，注入到源40和漏42中的摻雜劑具有與引入到半導(dǎo)體鰭52中的摻 雜劑相反的極性。結(jié)果是圖7b所示的不對(duì)稱多柵極晶體管35。
不對(duì)稱多柵極晶體管IO、 11、 34和35及其各自的形成方法由于若干原 因而優(yōu)于當(dāng)前使用的不對(duì)稱多柵極晶體管。首先，不對(duì)稱多柵極晶體管通過 簡(jiǎn)單地進(jìn)行不對(duì)稱摻雜工藝將摻雜劑不對(duì)稱地引入到半導(dǎo)體鰭中來(lái)形成。因 此，工藝復(fù)雜度減小且工藝成本降低。第二，不需要額外的掩模層次來(lái)形成 不對(duì)稱多柵極晶體管。因此，消除了與光刻相關(guān)的覆蓋問題。最后，柵電介 質(zhì)同時(shí)形成在半導(dǎo)體鰭的所有露出側(cè)壁上，進(jìn)一步降低了工^復(fù)雜度并降低 了工藝成本。
在一個(gè)實(shí)施例中，如上所述的不對(duì)稱多柵極晶體管10、 11、 34和35可 以是集成電路芯片設(shè)計(jì)的一部分。芯片設(shè)計(jì)以繪圖計(jì)算機(jī)編程語(yǔ)言產(chǎn)生，并 存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)中(例如盤、帶、物理硬盤驅(qū)動(dòng)器或虛擬硬盤驅(qū)動(dòng)器 例如在存儲(chǔ)存取網(wǎng)絡(luò)中)。如果設(shè)計(jì)者不制造芯片或用于制造芯片的光刻掩 模，則設(shè)計(jì)者通過物理手段(例如通過提供儲(chǔ)存該設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)介質(zhì)的復(fù)件) 或電子手段(例如通過互聯(lián)網(wǎng))將所得設(shè)計(jì)直接或間接傳輸?shù)竭@些實(shí)體 (entity )。然后將所儲(chǔ)存的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)母袷?例如GDSII )，用于制造 光刻掩模，其通常包括將要形成在晶片上的所論述的該芯片設(shè)計(jì)的多個(gè)復(fù) 件。利用光刻掩模來(lái)定義晶片(和/或其上的層)的將要被蝕刻或其他處理的 區(qū)域。
上述用于形成不對(duì)稱多^f冊(cè)極晶體管10、 11、 34和35的方法可以用于制 造使用這種晶體管的集成電路芯片。
所得集成電路芯片可以被制造者以原始晶片形式(即作為具有多個(gè)未封 裝芯片的單晶片)作為棵管芯或者以封裝形式分配。在后一情況下芯片安裝 在單芯片封裝(例如塑料載體，具有連接到母板或其他更高級(jí)別載體的引線) 中或者在多芯片封裝中(例如陶瓷載體，其具有表面互聯(lián)或埋置互聯(lián)的任一 或兩者)。在任何情況下，然后將芯片與其他芯片、分立電路元件和/或其他 信號(hào)處理裝置集成，作為(a)中間產(chǎn)品例如母板或(b)最終產(chǎn)品的一部分。 最終產(chǎn)品可以是任何產(chǎn)品，包括集成電路芯片，范圍從玩具和其他低端應(yīng)用 到具有顯示器、鍵盤或其他輸入裝置、以及中央處理器的高級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。
顯然，通過本公開提供了不對(duì)稱多柵極晶體管及其形成方法。雖然本公 開已經(jīng)具體示出并結(jié)合附圖描述了其優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí) 到，在不脫離本公開范圍的情況下可以進(jìn)行變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種不對(duì)稱多柵極晶體管，包括襯底；形成在該襯底上的半導(dǎo)體鰭，其中用半導(dǎo)體摻雜劑不對(duì)稱地?fù)诫s該半導(dǎo)體鰭，其中該鰭的第一側(cè)部具有高摻雜濃度且與其相反的第二側(cè)部具有較低摻雜濃度；形成在該鰭上的柵電介質(zhì)，其中該柵電介質(zhì)包括形成在該鰭的具有高摻雜濃度的第一側(cè)部上的第一柵電介質(zhì)和形成在該鰭的具有較低摻雜濃度的第二側(cè)部上的第二柵電介質(zhì)；形成在該第一柵電介質(zhì)上的第一柵導(dǎo)體；以及形成在該第二柵電介質(zhì)上的第二柵導(dǎo)體。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的晶體管，其中該半導(dǎo)體摻雜劑包括選自由氫H、氘 D、氮N、氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、碳C、氧O、氟F、磷P、 砷As、銻Sb、硼B(yǎng)、銦In和鉈Tl構(gòu)成的組的摻雜劑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1的晶體管，其中當(dāng)通過所述第一柵導(dǎo)體控制時(shí)，該鰭 的具有高摻雜濃度的側(cè)部具有較高的闊值電壓，當(dāng)通過第二柵導(dǎo)體控制時(shí)， 該鰭的具有較低摻雜濃度的部分具有較低的閾值電壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1的晶體管，其中形成在該鰭的第一側(cè)部上的第一柵電 介質(zhì)具有與形成在該鰭的具有較低摻雜濃度的側(cè)部上的第二柵電介質(zhì)的厚 度基本相同的厚度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1的晶體管，其中形成在該鰭的第一側(cè)部上的第一柵電 介質(zhì)具有與形成在該鰭的具有較低摻雜濃度的側(cè)部上的第二柵電介質(zhì)的厚 度不同的厚度。 '
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的晶體管，其中該半導(dǎo)體鰭還包括用所述半導(dǎo)體摻雜 劑不對(duì)稱地?fù)诫s的頂部，其中該頂部具有高摻雜濃度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的晶體管，其中該柵電介質(zhì)還包括第三柵電介質(zhì)，其 形成在該鰭的具有高摻雜濃度的頂部上。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的晶體管，還包括形成在該第三柵電介質(zhì)上的第三柵 導(dǎo)體，其中該第三柵電介質(zhì)具有與第一柵電介質(zhì)和第二柵電介質(zhì)之一基本相 同的厚度。
9. 一種絕緣體上半導(dǎo)體芯片上的集成電路，包括權(quán)利要求l的晶體管。
10. —種形成不對(duì)稱多柵極晶體管的方法，包括 在襯底上形成半導(dǎo)體鰭；用半導(dǎo)體摻雜劑不對(duì)稱地?fù)诫s該半導(dǎo)體鰭，其中所述不對(duì)稱地?fù)诫s包括 用高摻雜濃度的摻雜劑摻雜該鰭的第一側(cè)部且用較低摻雜濃度摻雜該鰭的第二側(cè)部；在該鰭上形成柵電介質(zhì)，其中該柵電介質(zhì)的形成包括在該鰭的具有高摻 雜濃度的第 一側(cè)部上形成第 一柵電介質(zhì)且在該鰭的具有較低摻雜濃度的第二部分上形成第二柵電介質(zhì)；在該第一柵電介質(zhì)上形成第一柵導(dǎo)體；以及 在該第二柵電介質(zhì)上形成第二柵導(dǎo)體。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中該半導(dǎo)體摻雜劑包括選自由氫H、氘 D、氮N、氦He、氖Ne、氬Ar、氪Kr、氙Xe、碳C、氧O、氟F、磷P、 砷As、銻Sb、硼B(yǎng)、銦In和鉈Tl構(gòu)成的組的摻雜劑。 -
12. 根據(jù)權(quán)利要求IO的方法，還包括在該半導(dǎo)體鰭之上形成蓋層。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10的方法，還包括用所述半導(dǎo)體摻雜劑不對(duì)稱地?fù)诫s 該半導(dǎo)體鰭的頂部，其中該頂部具有高摻雜濃度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述柵電介質(zhì)的形成包括在該鰭的頂 部上形成第三柵電介質(zhì)，且該柵導(dǎo)體的形成包括在該第三柵電介質(zhì)上形成第 三柵導(dǎo)體。
15. —種形成不對(duì)稱多片冊(cè)極晶體管的方法，包括 在襯底上形成半導(dǎo)體鰭；將注入材料？ 1入該半導(dǎo)體鰭的第 一側(cè)部；在該半導(dǎo)體鰭上生長(zhǎng)柵電介質(zhì)，其中該半導(dǎo)體鰭的具有注入材料的第一 側(cè)部生長(zhǎng)第一柵電介質(zhì)，該第一柵電介質(zhì)具有與生長(zhǎng)在該半導(dǎo)體鰭的第二側(cè) 部上的第二柵電介質(zhì)的厚度不同的厚度； 在該第一柵電介質(zhì)上形成第一柵導(dǎo)體；以及在該第二柵電介質(zhì)上形成第二柵導(dǎo)體。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其中該半導(dǎo)體鰭中的注入材料決定該第一 柵電介質(zhì)和該第二柵電極之間的厚度差異。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括在該半導(dǎo)體鰭之上形成蓋層，其中 該蓋層覆蓋該第一柵電介質(zhì)、該半導(dǎo)體鰭和該第二柵電介質(zhì)每個(gè)的頂部。
18. 根據(jù)權(quán)利要求15的方法，還包括將注入材料引入該半導(dǎo)體鰭的頂部。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中該柵電介質(zhì)的生長(zhǎng)包括在該鰭的頂部 生長(zhǎng)第三柵電介質(zhì)，其中該第三柵電介質(zhì)具有與該第一柵電介質(zhì)和該第二柵 電介質(zhì)之一基本相同的厚度。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19的方法，還包括在該第三柵電介質(zhì)上形成第三柵導(dǎo)體。
全文摘要
本發(fā)明提供一種不對(duì)稱多柵極晶體管。在一實(shí)施例中，不對(duì)稱多柵極晶體管具有包含不均勻摻雜剖面的半導(dǎo)體鰭。鰭的第一部分具有較高摻雜濃度而鰭的第二部分具有較低摻雜濃度。在另一實(shí)施例中，提供一種不對(duì)稱多柵極晶體管，其具有形成在半導(dǎo)體鰭上的厚度不同的柵電介質(zhì)。不對(duì)稱多柵極晶體管具有形成在半導(dǎo)體鰭第一側(cè)部上的薄柵電介質(zhì)和形成在鰭的第二側(cè)部上的厚柵電介質(zhì)。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101183686SQ20071018607
公開日2008年5月21日 申請(qǐng)日期2007年11月13日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月13日
發(fā)明者程慷果 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司