【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及半導體器件，特別是一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管及其制備方法。
技術介紹
1、隨著摩爾定律的發展，器件特征尺寸不斷縮小，納米mosfet的持續發展收到許多技術挑戰，尺寸持續縮小帶來遷移率退化、漏電流和功耗持續上升、柵控減弱、性能降低等問題。亟需新材料、新器件結構來解決上述問題。
2、鰭式場效應晶體管(finfet)等結構緩解了上述問題，然而隨著器件尺寸進一步下降，仍受到短溝道效應的持續影響，漏電流和功耗再次上升，而晶體管的亞閾值擺幅(ss)仍然無法突破波茲曼分布下的極限60mv/dec，成為了finfet等器件面臨的關鍵技術挑戰。
3、下一代低功耗電路和系統需要能夠克服玻爾茲曼極限并在室溫下具有低于理論極限值60mv/dec的新型半導體器件。負電容鰭式場效應晶體管(nc-finfet)正成為實現這一突破的強有力器件。其在柵極中引入了能引起負電容效應的鐵電層，將鐵電電容引入到柵電容中。在合適的工作條件下，nc-finfet能將放大的柵極電壓，作用在負電容鐵電層和柵氧化層界面，從而突破60mv/dec的亞閾值擺幅極限。
4、然而，負電容鐵電層和柵氧化層界面的電勢并不只受到柵極電壓的影響，漏極附近寄生電容通過和柵電容耦合，也會對負電容鐵電層和柵氧化層界面的電勢產生顯著影響。目前，雖然負電容finfet對于柵極電壓的放大效應在源端和漏端是一致的，但柵漏耦合效應在源端和漏端是不一致的，漏極電壓的存在造成柵極對溝道的控制能力下降，并造成顯著的負微分電阻(ndr)現象。因此改善晶體管的
技術實現思路
1、本專利技術要解決的技術問題是針對上述現有技術的不足，而提供一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管及其制備方法，該變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管及其制備方法能使柵極電壓通過寬度沿溝道變化的負電容層在鰭式溝道區產生區線性放大作用，同時通過負電容層的寬度變化，減輕柵漏耦合效應對電壓放大效應的抑制作用，提高鰭式場效應晶體管的柵控能力，降低器件的亞閾值擺幅并提升飽和區電流。
2、為解決上述技術問題，本專利技術采用的技術方案是：
3、一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，包括半導體襯底、埋氧層、鰭式有源區、柵氧化層、變寬度負電容層、隔離氧化層、金屬柵和側墻。
4、半導體襯底、埋氧層和鰭式有源區從下至上依次同軸布設。
5、鰭式有源區包括沿長度方向依次布設的源區、溝道區和漏區。
6、柵氧化層對稱布設在溝道區兩側。
7、變寬度負電容層對稱布設在柵氧化層外側；變寬度負電容層兩端的寬度不等。
8、隔離氧化層位于溝道區、柵氧化層和變寬度負電容層上方。
9、金屬柵覆蓋在隔離氧化層和變寬度負電容層的外側。
10、側墻對稱布設在金屬柵兩側。
11、鄰近源區端的變寬度負電容層寬度大于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
12、鄰近源區端的變寬度負電容層寬度小于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
13、位于柵氧化層外側的兩個變寬度負電容層分別為前柵側負電容層和后柵側負電容層；則前柵側負電容層和后柵側負電容層的橫截面均為直角梯形；隔離氧化層的橫截面為等腰梯形。
14、半導體襯底和鰭式有源區的材料均為硅、鍺、鍺硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅和磷化銦中的任意一種。
15、金屬柵的材料為鋁、銅、銀、金、多晶硅、氮化鈦或氮化鉭中的任意一種。
16、側墻的材料為氮化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的任意一種。
17、一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管的制備方法，包括如下步驟。
18、步驟1、制備鰭式有源區：在半導體襯底上制備埋氧層，在埋氧層上方制備鰭式有源區；
19、步驟2、沉積柵氧化層及多晶硅層：在鰭式有源區的溝道區的頂面和兩個側面均淀積柵氧化層；再在柵氧化層的兩側及頂部沉積多晶硅層。
20、步驟3、制備多晶硅假體柵：利用光刻膠保護溝道區所在縱截面的多晶硅層，將源區和漏區所在縱截面的多晶硅層進行刻蝕，則溝道區所在縱截面的多晶硅層形成為多晶硅假體柵。
21、步驟4、沉積氮化物掩膜：去除光刻膠，并在多晶硅假體柵兩側淀積氮化物，形成與多晶硅假體柵頂面齊平的氮化物掩膜。
22、步驟5、制備氮化物硬掩模一：在多晶硅假體柵和氮化物掩膜的頂部沉積一層氮化物，通過光刻形成橫截面為直角梯形的氮化物硬掩模一；其中，氮化物硬掩模一位于鰭式有源區的一側，且氮化物硬掩模一的斜邊朝向鰭式有源區。
23、步驟6、制備氮化物硬掩模二：采用光刻膠保護氮化物硬掩模一，在與氮化物硬掩模一相對應的多晶硅假體柵和氮化物掩膜的頂部沉積氮化物，并去除光刻膠，形成氮化物硬掩模二；氮化物硬掩模一和氮化物硬掩模二關于鰭式有源區所在豎向平面對稱布設。
24、步驟7、刻蝕深槽：以氮化物硬掩模一、氮化物硬掩模二、多晶硅假體柵兩側的氮化物掩膜為掩膜，向下刻蝕多晶硅假體柵，形成變寬度負電容層形狀相同的深槽；其中，深槽兩端寬度不等。
25、步驟8、淀積變寬度負電容層：在深槽中沉積變寬度負電容層，并在變寬度負電容層上方淀積隔離氧化層。
26、步驟9、去除多晶硅假體柵：去除氮化物硬掩模一、氮化物硬掩模二和多晶硅假體柵。
27、步驟10、淀積金屬柵：在變寬度負電容層和隔離氧化層外圍淀積金屬柵。
28、步驟11、ldd注入：刻蝕去除步驟4中的氮化物掩膜，以及源區和漏區外周的柵氧化層；接著，在源區和漏區中均進行離子注入形成ldd注入。
29、步驟12、在金屬柵兩側淀積側墻，并在源區和漏區再次進行離子注入形成具有重摻雜的源區和漏區。
30、步驟1中，鰭式有源區利用自對準雙重成像sadp技術在埋氧層上方形成。
31、步驟7中，溝道區兩側各刻蝕一個深槽，每個深槽的橫截面均為直角梯形，每個深槽的梯形斜邊所在豎向平面與氮化物硬掩模一或氮化物硬掩模二的梯形斜邊所在豎向平面相重合。
32、本專利技術具有如下有益效果：
33、(1)本專利技術所提變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，不同于傳統寬度恒定的負電容雙柵鰭式場效應晶體管，在柵氧化層兩側布置了寬度沿著溝道線性變化的負電容層，能使柵極電壓在鰭式溝道區產生線性電壓放大作用，從而降低器件的亞閾值擺幅至60mv/dec以下。
34、(2)本專利技術所提變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，在源極一端的負電容層寬度大于漏極一端時，通過負電容層的寬度變化，減輕柵漏耦合效應對電壓放大效應的抑制作用，減弱了負微分電阻(ndr)現象，改善器件輸出特性，有利于在cmos反相器等邏輯電路中的應用。
35、(3)本專利技術所提變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，在漏極一端的負電容層寬度大于源極一端時，能利用增強的柵漏耦合效應，在晶體管處于關態本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：包括半導體襯底、埋氧層、鰭式有源區、柵氧化層、變寬度負電容層、隔離氧化層、金屬柵和側墻；
2.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：鄰近源區端的變寬度負電容層寬度大于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
3.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：鄰近源區端的變寬度負電容層寬度小于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
4.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：位于柵氧化層外側的兩個變寬度負電容層分別為前柵側負電容層和后柵側負電容層；則前柵側負電容層和后柵側負電容層的橫截面均為直角梯形；隔離氧化層的橫截面為等腰梯形。
5.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：半導體襯底和鰭式有源區的材料均為硅、鍺、鍺硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅和磷化銦中的任意一種。
6.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：金屬柵的材料為鋁、銅、銀、金、多晶硅、氮
7.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：側墻的材料為氮化硅、氮氧化硅和碳氧化硅中的任意一種。
8.一種基于權利要求1-7任意一項所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：
9.根據權利要求8所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管的制備方法，其特征在于：步驟1中，鰭式有源區利用自對準雙重成像SADP技術在埋氧層上方形成。
10.根據權利要求8所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管的制備方法，其特征在于：步驟7中，溝道區兩側各刻蝕一個深槽，每個深槽的橫截面均為直角梯形，每個深槽的梯形斜邊所在豎向平面與氮化物硬掩模一或氮化物硬掩模二的梯形斜邊所在豎向平面相重合。
...【技術特征摘要】
1.一種變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：包括半導體襯底、埋氧層、鰭式有源區、柵氧化層、變寬度負電容層、隔離氧化層、金屬柵和側墻；
2.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：鄰近源區端的變寬度負電容層寬度大于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
3.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：鄰近源區端的變寬度負電容層寬度小于鄰近漏區端的變寬度負電容層寬度。
4.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：位于柵氧化層外側的兩個變寬度負電容層分別為前柵側負電容層和后柵側負電容層；則前柵側負電容層和后柵側負電容層的橫截面均為直角梯形；隔離氧化層的橫截面為等腰梯形。
5.根據權利要求1所述的變寬度負電容層雙柵鰭式場效應晶體管，其特征在于：半導體襯底和鰭式有源區的材料均為硅、鍺、鍺硅、砷化鎵、氮化鎵、碳化硅和磷化...
【專利技術屬性】
技術研發人員：姚佳飛，劉謹誠，蔣正飛，朱燁沁，郭宇鋒，蔡志匡，張茂林，李曼，楊可萌，陳靜，張珺，
申請(專利權)人：南京郵電大學，
類型：發明
國別省市：
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