鰭(本體310)具有用于晶體管300的縱向分隔的源極和漏極區(qū)域324和326。溝道區(qū)域328縱向地分隔了源極和漏極區(qū)域324和326。柵極電介質(zhì)318位于硅本體310之上并且包圍硅本體，以及柵極導(dǎo)體320位于柵極電介質(zhì)318之上并且包圍柵極電介質(zhì)。因此柵極電介質(zhì)318布置在柵極導(dǎo)體320與溝道區(qū)域328之間。晶體管300元件的其他特征和變化與針對(duì)晶體管100的如上所述相同。
[0037]然而，晶體管300不同于晶體管100之處在于:鰭310在其溝道區(qū)域內(nèi)包括調(diào)整區(qū)域330。調(diào)整區(qū)域330具有至少當(dāng)晶體管300在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)與鰭310中周圍材料不同的導(dǎo)電率。優(yōu)選地，至少當(dāng)晶體管300在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)，在調(diào)整區(qū)域中的材料在每個(gè)縱向位置處具有與相同縱向位置處的相鄰本體材料不同的導(dǎo)電率。如圖3C中最佳所示，調(diào)整區(qū)域330的截面在其上形成了柵極導(dǎo)體320的鰭310的每個(gè)側(cè)邊上間隔在表面背后。因此調(diào)整區(qū)域330以距離dl間隔在頂表面332下方，以距離d2間隔至左表面334的右側(cè)，以及以距離d3間隔至右表面336的左側(cè)。圖3中調(diào)整區(qū)域330也示出與結(jié)構(gòu)的底表面338間隔，在此處不存在柵極導(dǎo)體，但是這在所有實(shí)施例中并非是必須的。如在此所使用，“表面”無(wú)需是平坦的，盡管通常它們是連續(xù)的。也如在此所使用，在本體表面“背后”的位置是在本體內(nèi)的位置。術(shù)語(yǔ)并非取決于器件朝向，因此如果例如從上方查看，在表面“背后”意味著在表面“下方”。另外的，盡管左和右表面334和336有時(shí)在此稱作相互“側(cè)向相對(duì)”或“橫向面對(duì)”，將知曉的是，具有該描述的表面無(wú)需是垂直的。它們可以是對(duì)角傾斜的，例如諸如圖7中所不O
[0038]在一個(gè)實(shí)施例中，調(diào)整區(qū)域具有在關(guān)斷狀態(tài)下比周圍鰭區(qū)域更低的導(dǎo)電率。優(yōu)選地，調(diào)整區(qū)域是電介質(zhì)，或者空氣間隙。距離dl、d2和d3選擇為足夠小以使得調(diào)整區(qū)域當(dāng)晶體管300在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)阻斷流過(guò)鰭310的弱控制截面中心的大多數(shù)泄漏電流，而仍然允許當(dāng)晶體管300在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)充足電流在調(diào)整區(qū)域周圍流動(dòng)。距離dl、d2和d3的具體尺寸將取決于特定應(yīng)用。
[0039]圖4是由仿真示出了對(duì)于大量不同示例配置1n和1ff如何隨著調(diào)整區(qū)域330的引入而改變的繪圖。線410描繪了對(duì)于例如不具有調(diào)整區(qū)域的示例性傳統(tǒng)FinFET、對(duì)于四個(gè)不同柵極功函數(shù)A、B、C和D的開電流1n和關(guān)電流1ff數(shù)值。具有柵極功函數(shù)A或B的晶體管將可能設(shè)計(jì)用于高性能應(yīng)用，因?yàn)樗鼈円暂^高關(guān)電流1ff的代價(jià)獲得了較高的開電流1n。具有柵極功函數(shù)C或D的晶體管將可能設(shè)計(jì)用于低功耗應(yīng)用，因?yàn)樗鼈円暂^低的1n的代價(jià)獲得了較低的1ff?？梢钥吹剑瑢?duì)于柵極功函數(shù)A而言，對(duì)于約1200的1n/1ff比率，1n約為3X ΙΟΙ，而1ff約為2.5X 1(Γ8Α。對(duì)于柵極功函數(shù)B而言，對(duì)于約9000的1n/1ff比率，1n約1.8 X 10_5A，而1ff約為2 X 10_1CIA。需要向右和/或向下偏移該曲線，這指示了在固定1ff下的1n增益或者在固定1n下的1ff下降或者指示這兩者。
[0040]線420描繪了針對(duì)柵極功函數(shù)A、B和C的、對(duì)于相同但是具有插入的空氣間隙調(diào)整區(qū)域的示例性FinFET的1n和1ff。箭頭414A、414B和414C(統(tǒng)稱為414)指示了針對(duì)三個(gè)柵極功函數(shù)A、B和C 1n和1ff如何改變?？梢钥吹剑M管在所有三個(gè)情形中1n和1ff均已經(jīng)減小，但是曲線412保持與曲線410大致一致。然而，針對(duì)設(shè)計(jì)用于低功耗應(yīng)用的芯片示出了小改進(jìn)。
[0041]盡管空氣間隙調(diào)整區(qū)域?qū)τ诘凸男酒峁┝艘恍┍憷?，但是期望?duì)于大范圍應(yīng)用提供額外的便利。
[0042]圖5A是從穿過(guò)鰭高度中部的水平2D切片獲取的晶體管300的俯視圖，其中調(diào)整區(qū)域330是空氣間隙。附圖通過(guò)仿真顯示了當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)鰭中電流密度的縱向和橫向分布。如圖2A中所示，電流密度由顏色指示，其中朝向光譜藍(lán)色端的顏色指示了較低電流密度而朝向光譜紅色端的顏色指示了較高電流密度?？梢钥闯?，盡管已經(jīng)阻斷了泄漏電流流過(guò)鰭310截面中心處的空氣間隙，但它們繼續(xù)繞過(guò)鰭的外側(cè)區(qū)域而流動(dòng)。泄漏電流的密度小于晶體管100中(與圖2B相比)，但是由于電流可以流過(guò)的截面面積減小，可以預(yù)期在導(dǎo)通狀態(tài)下電流密度也較小。
[0043]返回至圖4，線416描繪了針對(duì)柵極功函數(shù)A、B和C的對(duì)于相同示例性FinFET 300的1n和1ff的數(shù)值，但是此時(shí)在調(diào)整區(qū)域中具有導(dǎo)電屏(screen)材料。屏材料可以例如是金屬，或重?fù)诫s半導(dǎo)體。箭頭418A、418B和418C(統(tǒng)稱為418)指示了針對(duì)三個(gè)柵極功函數(shù)A、B和C而言1n和1ff數(shù)值如何改變。可以看到，在所有三個(gè)情形中，當(dāng)1n減小時(shí)，1ff顯著減小。曲線416因此明顯地向下偏移。在所示的示例中，導(dǎo)電屏可以在1(T1qA的固定1ff下提高1n 50%。備選地，其可以以25%量級(jí)的量增大開關(guān)速度，或者以40的量級(jí)的因子減小泄漏電流，或者兩者組合。
[0044]圖6A是從穿過(guò)鰭高度中部的水平2D切片獲得的晶體管300的俯視圖，并且其中調(diào)整區(qū)域330是導(dǎo)電材料。與圖5A—樣，圖6A由仿真示出了當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)鰭中電流密度的縱向和橫向分布。電流密度由顏色指示，其中朝向光譜藍(lán)色端的顏色指示了較低電流密度而朝向光譜紅色端的顏色指示了較高電流密度?？梢钥吹剑M管小泄漏電流繼續(xù)繞過(guò)鰭外側(cè)區(qū)域而流動(dòng)，但已經(jīng)有效地阻斷了它們流過(guò)鰭310的截面中心處的導(dǎo)電屏。
[0045]可以認(rèn)為，盡管圖5A實(shí)施例的空氣間隙通過(guò)物理地阻斷電流流過(guò)鰭中心而工作，但是圖6A的導(dǎo)電屏替代地通過(guò)終結(jié)關(guān)斷狀態(tài)漏極電勢(shì)場(chǎng)而工作。圖2C是從穿過(guò)鰭高度中部的水平2D切片獲得的晶體管300的俯視圖，并且在調(diào)整區(qū)域330中不具有材料差異。因此結(jié)構(gòu)與圖2B相同。然而，圖2B示出了電流密度，圖2C通過(guò)仿真示出了當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)鰭中靜電電勢(shì)的縱向和橫向分布。電勢(shì)由顏色指示，其中朝向光譜藍(lán)色端的顏色指示了較低數(shù)值(較低幅度的電勢(shì))而朝向光譜紅色端的顏色指示了較高數(shù)值(較高幅度的電勢(shì))?？梢钥吹皆趥鹘y(tǒng)FinFET中，漏極電場(chǎng)穿過(guò)溝道并且降低了源極結(jié)勢(shì)皇。該效應(yīng)已知為漏極感應(yīng)勢(shì)皇降低(DIBL)，并且促成了圖2B中所見的泄漏電流。
[0046]圖5B是從穿過(guò)鰭高度中部水平2D切片獲得的晶體管300的俯視圖，并且其中調(diào)整區(qū)域330是空氣間隙。結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖5A的結(jié)構(gòu)。使用與圖2C中相同顏色比例，圖5B通過(guò)仿真示出了當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)鰭中靜電電勢(shì)的縱向和橫向分布。可以看到，在調(diào)整區(qū)域中具有電介質(zhì)材料的FinFET中，漏極電場(chǎng)穿入調(diào)整區(qū)域中并且不顯著影響DIBL。這解釋了為何大泄漏電流繼續(xù)如圖5A所示而流動(dòng)。
[0047]圖6B是從穿過(guò)鰭高度中部水平2D切片獲得的晶體管300的俯視圖，以及其中調(diào)整區(qū)域330是電導(dǎo)體。結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)于圖6A的結(jié)構(gòu)。使用與圖2C相同的顏色比例，圖6B由仿真示出了當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)鰭中靜電電勢(shì)的縱向和橫向分布?？梢钥吹剑谡{(diào)整區(qū)域中具有導(dǎo)電材料的FinFET中，漏極電勢(shì)在調(diào)整區(qū)域的漏極側(cè)垂直表面處的幅度急劇減小。因此大大減小了 DIBL，從而解釋了為何泄漏電流如圖6A所示大大減小。此外，可以理解，在導(dǎo)通狀態(tài)下，電流并未顯著減小，因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)電導(dǎo)體。
[0048]設(shè)計(jì)考虎
[0049]本發(fā)明的特征涉及在晶體管溝道區(qū)域內(nèi)的調(diào)整區(qū)域中不同或修改的材料。在類似圖5A的實(shí)施例中，調(diào)整區(qū)域材料可以是空氣或電介質(zhì)，在該情形中其可以提供如上所述以及如圖4線412所示的益處，主要用于但是并非專用于低功耗器件。盡管這些益處看來(lái)對(duì)于具有非常低導(dǎo)電率(至少在關(guān)斷狀態(tài)下)的調(diào)整區(qū)域材料是最大化的，但是相信對(duì)于在關(guān)斷狀態(tài)下其導(dǎo)電率以任意程度小于周圍鰭材料的導(dǎo)電率的調(diào)整區(qū)域材料可以實(shí)現(xiàn)一些益處?？梢允褂玫木哂休^低導(dǎo)電率的其他示例性材料通常包括電介質(zhì)，類似二氧化硅、或低k電介質(zhì)、或高k電介質(zhì)，或者具有較寬帶隙的半導(dǎo)體，其對(duì)于NM0SFET具有合適的導(dǎo)帶偏移或者對(duì)于PM0SFET具有合適的價(jià)帶偏移以使得從調(diào)整區(qū)域朝向柵極推離載流子。
[0050]備選地，在類似圖6A的實(shí)施例中，調(diào)整區(qū)域材料可以是電導(dǎo)體，在該情形中其可以提供如上所述和圖4線416中所示的益處。盡管這些益處看來(lái)對(duì)于具有非常高導(dǎo)電率(至少在關(guān)斷狀態(tài)下)的調(diào)整區(qū)域材料是最大化的，可以認(rèn)為對(duì)于在關(guān)斷狀態(tài)下其導(dǎo)電率以任意程度高于周圍鰭材料導(dǎo)電率的調(diào)整區(qū)域材料可以實(shí)現(xiàn)一些益處?？梢允褂玫木哂休^高導(dǎo)電率的示例性材料包括諸如鈷、銀或鋁之類的金屬，盡管它們可以限定用于低溫工藝以便于避免與周圍的硅反應(yīng)或者混合。其他材料包括諸如氮化鈦或氮化鉭之類的氮化物?？梢允褂玫牧硪徊牧虾?jiǎn)單地是鰭的重?fù)诫s部分。注意如前所述，從在調(diào)整區(qū)域中使用導(dǎo)電材料獲得的一部分優(yōu)點(diǎn)在于:作為導(dǎo)體，導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)電最大化或者未受影響，因?yàn)殡娏骺梢粤鬟^(guò)它。這暗示了如果調(diào)整區(qū)域材料是鰭的重?fù)诫s部分，則摻雜應(yīng)該是與縱向相鄰材料相同的摻雜類型(或者縱向相鄰材料應(yīng)該未摻雜)。
[0051]圖3C如上所述示出了在鰭內(nèi)在調(diào)整區(qū)域可以位于區(qū)域處的截面位置。圖示是對(duì)于具有矩形截面、理想化長(zhǎng)方體的調(diào)整區(qū)域、以及包圍鰭三個(gè)側(cè)邊的柵極導(dǎo)體320的鰭。在該情形中，三個(gè)距離dl、d2和d3容易如附圖重所示而限定。至少在其中調(diào)整區(qū)域材料在關(guān)斷狀態(tài)下比周圍鰭材料更具有導(dǎo)電性的實(shí)施例中，這些距離可以優(yōu)選地應(yīng)該足夠小以當(dāng)晶體管在關(guān)斷狀態(tài)時(shí)終結(jié)或阻斷大多數(shù)漏極電場(chǎng)，但是足夠大以當(dāng)晶體管在導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)允許溝道中良好導(dǎo)電性。良好的導(dǎo)通狀態(tài)導(dǎo)電性限制了最小距離，這是因?yàn)橹T如非常薄溝道中量子分隔和載流子散射的效應(yīng)。作為不例，距尚dl、d2和d3可以每個(gè)在3nm的量級(jí)上。
[0052]圖3A和圖3B也示出了距離d4，這是調(diào)整區(qū)域的漏極側(cè)表面從漏極區(qū)域326后移的縱向距離。距離d4應(yīng)該足夠大以將調(diào)整區(qū)域與源極和與漏極電分隔，以使得調(diào)整區(qū)域具有承載不同于源極和/或漏極的電勢(shì)的能力。然而如果距離d4太大，則調(diào)整區(qū)域?qū)⑻《y以制造。因此，出于實(shí)際考慮，距離d4應(yīng)該為若干納米，在從Inm至5nm的范圍內(nèi)。
[0053]圖3A和圖3B也示出了距離L，其是沿調(diào)整區(qū)域326的縱向方向的長(zhǎng)度。長(zhǎng)度L應(yīng)該足夠長(zhǎng)以有效地終結(jié)漏極電場(chǎng)。作為示例，長(zhǎng)度L應(yīng)該至少約為2nm。其也可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)更長(zhǎng)，這可以簡(jiǎn)化制造。
[0054]注意，三個(gè)距離dl、d2和d3無(wú)需在所有實(shí)施例中相互相等。也注意，在特定實(shí)施例中，柵極可以并非如圖3C中所示包圍圍繞鰭的所有三個(gè)側(cè)邊。如在此使用的，柵極描述為“面向”鰭的給定側(cè)邊，如果其通常平行于給定側(cè)邊，由在兩者之間的電介質(zhì)材料于給定側(cè)邊分隔，并且取決于導(dǎo)通狀態(tài)或關(guān)斷狀態(tài)電壓是否施加至柵極導(dǎo)體而影響鰭材料的導(dǎo)電率。在一些實(shí)施例中，柵極可以僅面向鰭的兩側(cè)，或者在一些實(shí)施例中，諸如ETSOI，柵極僅面向“鰭”的一側(cè)(也即溝道區(qū)域的頂表面)。在這些情形中，如參照距離dl、d2和d3如上所述的相同考慮將繼續(xù)適用，但是僅對(duì)于朝向柵極導(dǎo)體一部分的鰭的側(cè)邊。在一些實(shí)施例中，距缺乏面向柵極導(dǎo)體的鰭側(cè)邊的一個(gè)或多個(gè)距離可以甚至為零。
[0055]可以取決于特定設(shè)計(jì)的目標(biāo)而選擇各個(gè)距離dl、d2、d3以及d4。參照?qǐng)D4的繪圖，將知曉的是線412或416 (視情況而定)將取決于這