專(zhuān)利名稱(chēng)：一種組合柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，特別涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
制造高速度、低功耗的半導(dǎo)體器件是半導(dǎo)體工藝的核心。在場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備技術(shù)中，一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是要降低關(guān)態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開(kāi)關(guān)比、盡可能減小由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移。解決這個(gè)問(wèn)題對(duì)制造高速、低功耗的集成電路有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種低靜態(tài)功耗、低關(guān)態(tài)電流、高電流開(kāi)關(guān)比的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，為改善器件性能提供一個(gè)優(yōu)化的方向。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管本體，所述源端和漏端設(shè)于所述襯底上的兩端，所述柵設(shè)于所述源端和漏端之間的襯底上，所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。
所述晶體管有三種結(jié)構(gòu)polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
所述polypolym型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特征為器件靠近源端以及中間部分的柵材料為多晶硅，靠近漏端的柵材料功函數(shù)為變量。
所述mpolypoly型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特征為器件靠近漏端以及中間部分的柵材料為多晶硅，而靠近源端柵材料的功函數(shù)為變量。
所述mpolym型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的特征為器件的柵僅中間部分為多晶硅，靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)均為變量。
所述晶體管溝道長(zhǎng)度為100nm。
所述晶體管柵氧化層厚度為5nm。
所述晶體管源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結(jié)深為100nm。
所述晶體管輕摻雜漏(LDD)區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3，結(jié)深為50nm；所述晶體管襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。
所述組合柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的優(yōu)選結(jié)構(gòu)為mpolypoly型或mpolym型，適當(dāng)提高靠近源端柵材料的功函數(shù)，降低靠近漏端柵材料的功函數(shù)。
在本發(fā)明中，所說(shuō)的金屬功函數(shù)是指一個(gè)電子越過(guò)金屬和絕緣體接觸的表面勢(shì)壘時(shí)所需要的能量，即功函數(shù)Φm為真空能級(jí)E0和金屬的費(fèi)米能級(jí)Efm之差，Φm＝E0-Efm。而半導(dǎo)體的功函數(shù)由能帶圖可得Φs=χs+Eg2+qΦf(eV)]]>(p型)；Φs=χs+Eg2-qΦf(eV)]]>(n型)其中，親和能χ為半導(dǎo)體和絕緣體接觸時(shí)的表面勢(shì)壘高度，即真空能級(jí)E0和導(dǎo)帶底能級(jí)Ec之差，χ＝E0-Ec。硅的費(fèi)米勢(shì)Φf=Vtln(Nbni)(V).]]>本發(fā)明所提出的組合柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，柵材料的功函數(shù)對(duì)器件特性影響的模擬結(jié)果表明適當(dāng)提高靠近源端柵材料的功函數(shù)，降低靠近漏端柵材料的功函數(shù)能夠顯著降低器件的關(guān)態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開(kāi)關(guān)比，當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)為一定值時(shí)，mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)的閾值電壓漂移有一個(gè)最小值。本發(fā)明為場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的性能優(yōu)化、柵材料工程的優(yōu)化指明了一個(gè)方向。


圖1為本發(fā)明場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)變化對(duì)Ioff的影響的比較結(jié)果圖3為三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)變化對(duì)Ion的影響的比較結(jié)果圖4為三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)變化對(duì)的電流開(kāi)關(guān)比的影響的比較結(jié)果圖5為三種柵結(jié)構(gòu)器件的由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移的比較結(jié)果具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)闡述。
如圖1所示，本發(fā)明所述組合柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源端1、漏端2、柵、襯底4、柵氧化層9在內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管本體，源端1和漏端2設(shè)于襯底4上的兩端，柵設(shè)于源端1和漏端2之間的襯底4上，柵分為三個(gè)部分靠近源端的部分6、中間部分7以及靠近漏端的部分8；中間部分7為多晶硅材料。其中，溝道5的長(zhǎng)度為100nm；柵氧化層厚度為5nm；源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結(jié)深為100nm；輕摻雜漏(LDD)區(qū)10的摻雜濃度為1×1019cm-3，結(jié)深為50nm；襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。用二維器件模擬軟件—ISE對(duì)器件的特性進(jìn)行了模擬。
實(shí)施例1三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏端柵材料功函數(shù)變化對(duì)Ioff的影響如圖2所示，對(duì)Ioff而言mpolypoly結(jié)構(gòu)中，靠近源端柵材料功函數(shù)越高，Ioff越?。籱polym結(jié)構(gòu)中，靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)都同時(shí)變小，Ioff降低很多，但好處相對(duì)mpolypoly結(jié)構(gòu)而言不大；而在polypolym結(jié)構(gòu)中，靠近漏端柵材料的功函數(shù)的變化對(duì)Ioff基本上沒(méi)有影響。三條曲線(xiàn)的交點(diǎn)即為柵材料是多晶硅的常規(guī)器件結(jié)構(gòu)情況。所以可以看出，mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)均顯示了優(yōu)于常規(guī)結(jié)構(gòu)器件的特性。當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)為5.6時(shí)，mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)器件的Ioff要比常規(guī)結(jié)構(gòu)器件的Ioff小將近6個(gè)量級(jí)。而polypolym結(jié)構(gòu)的Ioff與常規(guī)結(jié)構(gòu)的Ioff差別不大。
實(shí)施例2三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)變化對(duì)Ion的影響如圖3所示，對(duì)Ion而言polypolym結(jié)構(gòu)中，靠近漏端柵材料功函數(shù)越低越好；在mpolypoly結(jié)構(gòu)中，靠近源端柵材料的功函數(shù)越低越好；mpolym結(jié)構(gòu)中，靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)同時(shí)變低也很好，但是和mpolypoly結(jié)構(gòu)相差不多。又由縱坐標(biāo)可知，三種結(jié)構(gòu)Ion的變化均是同一量級(jí)上的變化。當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)大于4.64時(shí)，雖然mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)的Ion小于常規(guī)結(jié)構(gòu)器件，但是它的變化很小，對(duì)器件的工作速度影響不大。而polypolym結(jié)構(gòu)的Ion與常規(guī)結(jié)構(gòu)相比幾乎沒(méi)有變化。
實(shí)施例3三種結(jié)構(gòu)器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)變化對(duì)電流開(kāi)關(guān)比的影響圖4為三種結(jié)構(gòu)器件的電流開(kāi)關(guān)比的比較結(jié)果。當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)大于4.64時(shí)，mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)器件的電流開(kāi)關(guān)比要大于常規(guī)結(jié)構(gòu)及polypolym結(jié)構(gòu)器件。當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)為5.6時(shí)，polypolym結(jié)構(gòu)器件的電流開(kāi)關(guān)比比其他兩種結(jié)構(gòu)低將近6個(gè)量級(jí)。
綜上，要降低器件的關(guān)態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開(kāi)關(guān)比，一個(gè)非常有效的方法就是適當(dāng)提高靠近源端柵材料的功函數(shù)，降低靠近漏端柵材料的功函數(shù)。這一點(diǎn)為柵材料工程提供了優(yōu)化的方向。
實(shí)施例4三種柵結(jié)構(gòu)器件的DIBL效應(yīng)的比較結(jié)果圖5為三種柵結(jié)構(gòu)器件的DIBL效應(yīng)的比較結(jié)果?？梢钥闯觯趐olypolym結(jié)構(gòu)中，隨靠近漏端柵材料功函數(shù)的增加，由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移顯著增大；而在mpolypoly和mpolym結(jié)構(gòu)中，隨靠近源、漏兩端柵材料功函數(shù)的變化，DIBL效應(yīng)對(duì)這兩種結(jié)構(gòu)器件的閾值電壓漂移的影響不大。當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)為5.6時(shí)，polypolym結(jié)構(gòu)的由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移比其他兩種柵結(jié)構(gòu)器件的閾值電壓漂移大500多mV。而當(dāng)靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)為5.0時(shí)，mpolypoly和mpolym結(jié)構(gòu)的閾值電壓漂移有一個(gè)最小值。
由實(shí)施例1、2、3、4可知要降低器件的關(guān)態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開(kāi)關(guān)比，一個(gè)非常有效的方法就是適當(dāng)提高靠近源端柵材料的功函數(shù)，降低靠近漏端柵材料的功函數(shù)；且通過(guò)調(diào)整靠近源、漏兩端柵材料的功函數(shù)，可以使由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移有一個(gè)最小值。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管本體，所述源端和漏端設(shè)于所述襯底上的兩端，所述柵設(shè)于所述源端和漏端之間的襯底上，其特征在于所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為有三種結(jié)構(gòu)polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結(jié)深為100nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管LDD區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3，結(jié)深為50nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1、2、3、4、5所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管為polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述polypolym型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的靠近源端柵材料為多晶硅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于所述mpolypoly型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的靠近漏端漏材料為多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，目的是提供一種低靜態(tài)功耗、低關(guān)態(tài)電流、高電流開(kāi)關(guān)比的場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)晶體管本體，所述源端和漏端設(shè)于所述襯底的兩端，所述柵設(shè)于所述源端和漏端之間的襯底，所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。對(duì)本發(fā)明的模擬結(jié)果表明適當(dāng)提高靠近源端柵材料的功函數(shù)，降低靠近漏端柵材料的功函數(shù)能夠顯著降低器件的關(guān)態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開(kāi)關(guān)比，當(dāng)源、漏端的功函數(shù)為一定值時(shí)，mpolypoly結(jié)構(gòu)和mpolym結(jié)構(gòu)的由DIBL效應(yīng)引起的閾值電壓漂移有一個(gè)最小值。
文檔編號(hào)H01L29/772GK1527398SQ0310508
公開(kāi)日2004年9月8日 申請(qǐng)日期2003年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月6日
發(fā)明者楊勝齊, 劉文安, 黃如, 王文平, 張興, 王陽(yáng)元 申請(qǐng)人:北京大學(xué)