專利名稱：半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與運(yùn)作原則。

背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的MOS半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，柵極溝道層的摻雜物與兩側(cè)的源極和漏極的摻雜物為不同型的帶電離子型態(tài)，可參考Handbook ofSemiconductor Manufacturing Technology，Edited by Yoshio Nishi andRobert Doering，publisher Marcel Dekker，Inc.in 2000.Chapter 5，by RobertB.Simonton，Walter Class，Yuri Erokhin，Michael Mack，and LeonardRubin。圖1是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示的半導(dǎo)體器件100，半導(dǎo)體襯底101上依次形成有隔離淺溝槽102，P阱103與N阱104。在P阱103內(nèi)，依次形成NMOS元件；所述NMOS元件包括柵極溝道層105，介電層106和柵極107，源極與漏極的輕摻雜區(qū)108，源極與漏極的袋摻雜區(qū)109，以及柵極107兩側(cè)的間隙壁110，和源極與漏極的重?fù)诫s區(qū)111，以及源極、漏極與柵極的連接界面層112。在N阱104內(nèi)，依次形成PMOS元件；所述PMOS元件包括柵極溝道層105’，介電層106’和柵極107’，源極與漏極的輕摻雜區(qū)108’，源極與漏極的袋摻雜區(qū)109’，以及柵極107’兩側(cè)的間隙壁110’，和源極與漏極的重?fù)诫s區(qū)111’，以及源極、漏極與柵極的連接界面層112’。
在實(shí)際的應(yīng)用與制造工藝中，由于柵極與源/漏極工程設(shè)計(jì)的考慮，柵極溝道層105與105’的形成可使用多次離子注入以形成反阱摻雜離子濃度分布；以控制閾值電壓與亞閾值(Subthreshold)漏電流。可參考美國麻省理工學(xué)院的研究論文(Dimitri A.Antoniadis and James E.Chung，1991 IEEE IEDM Technical Digest，第21-24頁)，或法國格勒諾布爾通訊實(shí)驗(yàn)室的研究論文(T.Skotnicki&P.Bouillon，1996 IEEE Symposium onVLSI Technology Technical Digest，第152-153頁)與(Tomasz Skotnicki，Gerard Merckel，and Thierry Pedron，March 1988，IEEE Electron DeviceLetters，Vol.9，No.2，第109-112頁)。輕摻雜源/漏極108與108’可避免熱載流離子效應(yīng)，源/漏極的袋摻雜區(qū)109與109’可降低穿通漏電流，重?fù)诫s源/漏極111與111’提供與外界連接的低電阻歐姆接觸界面112與112’。較柵極溝道層為深的P阱103與N阱104的作用，一方面可降低襯底漏電流，另一方面將NMOS與PMOS隔離，以避免在NMOS與PMOS之間形成閂鎖(latch-up)效應(yīng)，使用多次離子注入P阱103與N阱104層，可以達(dá)到雙重和更佳效果。有些應(yīng)用，在P阱103與N阱104層更深處形成深P阱與深N阱(圖1中未示出)；其用途包含避免宇宙射線引起的儲(chǔ)存器亂碼，可參考美國國際商業(yè)機(jī)械公司的研究專輯(IBM Journal of Research andDevelopment，Vol.40，No.1，January 1996，第3-129頁)。在同時(shí)包含模擬與數(shù)字信號(hào)的晶片上，可降低數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)之間的干擾，可參考美國史坦福大學(xué)整合系統(tǒng)中心的研究論文(David K.Su，Marc J.Loinaz，Shoichi Masui，Bruce A.Wooley，IEEE Journal of Solid-State Circuits，Vol.28，No.4，April 1993，第420-430頁)。
離子注入工藝在半導(dǎo)體襯底中形成P型阱或N型阱，以及形成NMOS元件的柵極溝道層與源/漏極的輕摻雜區(qū)與源/漏極的袋摻雜區(qū)和源/漏極的重?fù)诫s區(qū)，形成PMOS元件的柵極溝道層與源/漏極的輕摻雜區(qū)與源/漏極的袋摻雜區(qū)和源/漏極的重?fù)诫s區(qū)的最常用方法。決定離子注入的深度和濃度分布的參數(shù)為離子的加速能量，離子的單位面積密度，離子注入角度，高溫退火時(shí)所使用的溫度和時(shí)間。高溫退火的作用可以修補(bǔ)因高能量離子碰撞造成的缺陷，調(diào)整離子濃度的分布，同時(shí)將注入的離子激發(fā)?？蓞⒖济绹诽垢４髮W(xué)電子中心的研究論文，James F.Gibbons IEEEProceedings，Vol.56，No.3，March 1968，第295-319頁，與James F.GibbonsIEEE Proceedings，Vol.60，No.9，September 1972，第1062-2006頁。由于MOS器件在縮小過程中的要求，離子注入技術(shù)已延伸到更低和更高的能量，更高的單位面積密度。同時(shí)，高溫退火所使用的溫度也逐步降低，時(shí)間也縮短?？蓞⒖糞ource Drain and Wells by Hiroshi Iwai(TokyoInstitute of Technology)，1999 IEDM Short Course on Sub-100nm CMOS，OrganizerMark Bohr，Washington，D.C.，USA。
傳統(tǒng)的MOS半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，基本上NMOS置于P阱內(nèi)，PMOS置于N阱內(nèi)；源/漏極與柵極溝道層則使用不同型導(dǎo)電離子。在無外加縱向電壓的狀態(tài)下，源/漏極在外加橫向電壓的作用下，由于通道之間的反向PN節(jié)，不傳導(dǎo)電流。利用柵極溝道層在縱向外加電場的影響下，轉(zhuǎn)換成反型導(dǎo)電離子的特性，形成電流通道。由于PN節(jié)的特性，在反型導(dǎo)電離子的界面層形成離子耗盡區(qū)。該離子耗盡區(qū)會(huì)影響到外加縱向電壓所產(chǎn)生的反型導(dǎo)電離子數(shù)量，一部分外加電壓虛耗在形成離子耗盡區(qū)。
上述MOS半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)成為半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)力。半導(dǎo)體制造技術(shù)向著柵極溝道尺寸越做越小與外加電壓愈來愈低的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的MOS結(jié)構(gòu)采用愈來愈薄的介電質(zhì)層，以加強(qiáng)電場的效應(yīng)，并提高柵極溝道層的摻雜離子濃度，控制飽和電流與漏電流。隨著器件溝道長度的縮短，要求的摻雜源/漏極深度也愈來愈淺。可以用來控制反向PN節(jié)離子耗盡區(qū)的空間也愈來愈少。具有三面離子耗盡區(qū)的傳統(tǒng)的MOS半導(dǎo)體器件，可利用的空間快速下降，在外加電壓降低的情況，飽和電流將無法達(dá)到預(yù)期的數(shù)值。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體器件，特別涉及一種半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)與運(yùn)作原理。由于本發(fā)明半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)之中，柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極之間的隔離無需依靠PN節(jié)，可以更加有效地利用外加運(yùn)作電壓的電場效應(yīng)。在降低電壓的同時(shí)，能達(dá)到所需的飽和電流。適用于制造更小與密度更高的半導(dǎo)體元件。
本發(fā)明一方面提供了一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極，和半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于柵極溝道層與介電層兩側(cè)的源極和漏極，以及沿源極、漏極和柵極表面延伸的連接界面層，所述襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極中的主要帶電離子為相同型態(tài)。
所述半導(dǎo)體襯底為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。所述柵極溝道層中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。所述柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3或1E15到2E17/cm3。所述源極和漏極中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。所述源極和漏極中離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3或1E19到4E21/cm3。所述連接界面層包含有金屬硅化物。所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。
另一方面提供了一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的第一P型阱和第二P型阱，所述第一P型阱和第二P型阱分別具有柵極溝道層、柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極和位于柵極介電層上的柵極兩側(cè)的間隙壁，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于柵極溝道層與介電層兩側(cè)的源極和漏極，沿源極、漏極和柵極表面延伸的連接界面層，所述襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極中的主要帶電離子為相同型態(tài)。
所述半導(dǎo)體襯底為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。所述P型阱中包含有三價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為硼、氟化硼、鎵、銦、鉈、或鋁之中的任意一種或者多種。所述柵極溝道層中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。所述源極和漏極中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。所述P型阱中離子摻雜物的濃度為1E16到4E19/cm3。
所述第一P型阱柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3。所述第一P型阱源極和漏極中離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3。
所述第二P型阱柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E15到2E17/cm3。所述第二P型阱源極和漏極中離子摻雜物的濃度為1E19到4E21/cm3。
所述連接界面層包含有金屬硅化物。
所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。
所述柵極兩側(cè)的間隙壁為單層或多層硅化物介電質(zhì)。
所述半導(dǎo)體器件還包括位于柵極溝道層兩側(cè)的P+袋摻雜區(qū)。
所述柵極溝道層兩側(cè)的P+袋摻雜區(qū)離子摻雜物的濃度為2E17到4E19/cm3。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) 本發(fā)明的半導(dǎo)體器件在襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極中的主要帶電離子為相同型態(tài)。利用外加電場改變載流子的能帶來控制溝道層中載流子的導(dǎo)電性，而不需利用源/漏極之間的柵極溝道層形成反型導(dǎo)電層來控制載流子的導(dǎo)電性。從結(jié)構(gòu)上來分析，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件，相當(dāng)于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件之柵極溝道層長度等于零的情況。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)只在溝道與底層P阱或N阱之間有一縱向的PN節(jié)，可以利用垂直方向的PN節(jié)與柵極溝道層兩側(cè)的P+袋摻雜區(qū)離子摻雜物的濃度來調(diào)降柵極溝道層的漏電流。相應(yīng)地，將橫向電場效應(yīng)與垂直電場效應(yīng)分離開來，達(dá)到縮小元件的大小與提高元件的功效。加上利用同型帶電離子的柵極溝道與源/漏極，離子耗盡區(qū)的空間大為減少，在外加電壓降低的情況，亦可達(dá)到預(yù)期的飽和電流數(shù)值。由于柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極之間的隔離無需PN節(jié)，可直接利用同型離子在不同摻雜物濃度所產(chǎn)生的電位差來隔離，能夠降低外加工作電壓。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn) 1、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件在外加電壓為0.4到0.6伏特即可運(yùn)作，不需要經(jīng)過形成反型導(dǎo)電離子，在較低的電場作用下即可完成電子傳輸； 2、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件，不需要經(jīng)過形成反型導(dǎo)電離子，速度可以更快； 3、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件在外加電壓的影響下，源極/漏極的高電位端，由于沒有離子耗盡區(qū)，電場更均勻的分布于整個(gè)溝道，使熱載流子效應(yīng)大大降低； 4、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件可降低運(yùn)作電壓，適用于制造更小，密度更高與更可靠的半導(dǎo)體元件； 5、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件可以使用較大范圍的源極/漏極和柵極溝道層的摻雜離子濃度與較大范圍的柵極介電層厚度； 6、本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件可簡化半導(dǎo)體器件制程。



通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中，為清楚明了，放大了層和區(qū)域的厚度。
圖1是現(xiàn)有技術(shù)半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2A是本發(fā)明的半導(dǎo)體器件工作原理示意圖； 圖3是本發(fā)明半導(dǎo)體器件第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明半導(dǎo)體器件第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
所述示意圖只是實(shí)例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。

具體實(shí)施例方式 為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。
在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施的限制。
本發(fā)明的本質(zhì)在于半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)原則的改變，其特征在于襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極的主要帶電離子為相同型態(tài)。利用離子注入摻雜離子濃度的差異造成的電位勢壘形成源極經(jīng)柵極到漏極之間的隔離。由于器件結(jié)構(gòu)內(nèi)沒有PN節(jié)，電位勢壘低于通常含有PN節(jié)的0.7伏特，對應(yīng)的運(yùn)作區(qū)域電位變化，低于半導(dǎo)體的能帶間隙的一半。以硅為襯底的半導(dǎo)體為例，約為0.55伏特。所述半導(dǎo)體器件的外加運(yùn)作電壓，可降低至0.4到0.6伏特。
圖2是本發(fā)明的半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，參見圖2所示的結(jié)構(gòu)200，半導(dǎo)體襯底201上形成有柵極溝道層205，介電層206和柵極207，源極與漏極的摻雜區(qū)208與208’，和源極、漏極與柵極的連接界面層212。其中，柵極溝道層205和兩側(cè)的源極與漏極的摻雜區(qū)208與208’中的主要帶電離子為相同型態(tài)，其中柵極溝道層205中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種，離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3。所述源極和漏極的摻雜區(qū)208與208’中也包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種，離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3。在上述基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的另一個(gè)實(shí)施例中，柵極溝道層205中的離子摻雜物的濃度為1E15到2E17/cm3，源極和漏極的摻雜區(qū)208與208’中的離子摻雜物的濃度為1E19到4E21/cm3。
所述半導(dǎo)體襯底201為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。所述連接界面層212包含有金屬硅化物，所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。
本發(fā)明半導(dǎo)體器件的工作原理，參見圖2A所示的能帶圖。為了便于說明，圖2A中所示為本發(fā)明半導(dǎo)體器件的各區(qū)間導(dǎo)電能帶的關(guān)系，即源極208、柵極溝道層205、與漏極208’之間的導(dǎo)電區(qū)能帶圖。本圖對應(yīng)于圖2中柵極溝道層205的摻雜離子濃度遠(yuǎn)低于源極208與漏極208’的情況。在無外加電壓的熱平衡狀態(tài)下，半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)各區(qū)間的費(fèi)米能階相同，柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極之間形成電位差小于0.55伏特的勢壘220。在此條件下，實(shí)線208，205，208’表示各區(qū)間的導(dǎo)電區(qū)能帶。漏極在外加正電壓221時(shí)，漏極的導(dǎo)電區(qū)能帶208’移至223，柵極溝道層的導(dǎo)電區(qū)能帶205與源極的導(dǎo)電區(qū)能帶208無變化，半導(dǎo)體器件處於不導(dǎo)電狀態(tài)。當(dāng)柵極有一外加電壓222時(shí)，如果所加為負(fù)電壓，電子被排斥遠(yuǎn)離溝道層，對應(yīng)于柵極溝道層導(dǎo)電區(qū)能帶205沿224方向加大柵極溝道層與源極導(dǎo)電區(qū)能帶差，半導(dǎo)體器件處于不導(dǎo)電狀態(tài)。如果所加為正電壓，電子被吸引至溝道層，對應(yīng)于柵極溝道層導(dǎo)電區(qū)能帶205沿222方向變化，勢壘降低，當(dāng)電壓達(dá)到閾值電壓，如圖中225虛線所示，半導(dǎo)體器件處於導(dǎo)電狀態(tài)。電子從源極流向漏極，電流方向則為從漏極流向源極。
圖3是本發(fā)明半導(dǎo)體器件第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖3所示的本發(fā)明半導(dǎo)體器件第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)300，半導(dǎo)體襯底301上依次形成有隔離淺溝槽302，P型阱303和304。在P型阱303內(nèi)形成有NMOS元件；所述NMOS元件包括柵極溝道層305，介電層306和柵極307，柵極兩側(cè)的間隙壁310，源極與漏極的摻雜區(qū)308與308”，以及源極、漏極與柵極的連接界面層312。在P型阱304內(nèi)形成NMOS元件；所述NMOS元件包括柵極溝道層305’，介電層306’和柵極307’，柵極兩側(cè)的間隙壁310’，源極與漏極的摻雜區(qū)308’”與308’，以及源極、漏極與柵極的連接界面層312’。上述半導(dǎo)體襯底301為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。在所述P型阱303和304中包含有三價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為硼、氟化硼、鎵、銦、鉈、或鋁之中的任意一種，或者多種，離子摻雜物的濃度為1E16到4E19/cm3。
所述柵極溝道層305中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種。所述源極和漏極的摻雜區(qū)308與308”中也包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種。所述柵極溝道層305中離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3。所述源極和漏極的摻雜區(qū)308與308”中離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3。
所述柵極溝道層305’中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種。所述源極和漏極的摻雜區(qū)308’與308’”中也包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種，或者多種。其中，所述柵極溝道層305’中離子摻雜物的濃度為1E15到2E17/cm3，所述源極和漏極的摻雜區(qū)308’與308’”中離子摻雜物的濃度為1E19到4E21/cm3。
所述柵極介電層306的厚度為10到100埃。所述連接界面層312包含有金屬硅化物。所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。所述柵極兩側(cè)的間隙壁310為單層或多層硅化物介電質(zhì)。
所述柵極介電層306’的厚度為10到100埃。所述連接界面層312’包含有金屬硅化物。所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。所述柵極兩側(cè)的間隙壁310’為單層或多層硅化物介電質(zhì)。
圖4是本發(fā)明半導(dǎo)體器件第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。參考圖4所示的本發(fā)明半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400，半導(dǎo)體襯底401上依次形成有隔離淺溝槽402，P型阱403和404。在P型阱403內(nèi)形成有NMOS元件；所述NMOS元件包括柵極溝道層405，介電層406和柵極407，柵極兩側(cè)的間隙壁410，源極與漏極的摻雜區(qū)408與408”，以及源極與漏極的袋摻雜區(qū)409與409”，和源極、漏極與柵極的連接界面層412。在P型阱404內(nèi)形成的NMOS元件包括柵極溝道層405’，介電層406’和柵極407’，柵極兩側(cè)的間隙壁410’，源極與漏極的摻雜區(qū)408’與408’”，以及源極與漏極的袋摻雜區(qū)409’”與409’，和源極、漏極與柵極的連接界面層412’。本實(shí)施例中的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)400與前述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)300的區(qū)別僅在于增加了袋摻雜區(qū)409與409”以及袋摻雜區(qū)409’與409’”。上述袋摻雜區(qū)能夠進(jìn)一步降低襯底中源極和漏極之間的漏電流。在P型阱403和404中，袋摻雜區(qū)409、409”、409’和409’”的摻雜離子類型為P+型。P+袋摻雜區(qū)離子中包含有三價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為硼、氟化硼、鎵、銦、鉈、或鋁之中的任意一種，或者多種，摻雜物的濃度為2E17到4E19/cm3。
綜上所述，本發(fā)明半導(dǎo)體器件及其制作方法提供一種運(yùn)作原理，半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)內(nèi)的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極的帶電離子為相同型態(tài)。本發(fā)明半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)屬于半導(dǎo)體元件的基礎(chǔ)原理與應(yīng)用，由此可延伸到各種器件設(shè)計(jì)與應(yīng)用的變化和線路連接不一一例舉。包含邏輯元件、儲(chǔ)存器元件、驅(qū)動(dòng)器元件、接受器元件、控制器元件、微處理系統(tǒng)元件、與系統(tǒng)元件等，都在本發(fā)明半導(dǎo)體器件的保護(hù)范圍。
雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例揭露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極，和半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于柵極溝道層與介電層兩側(cè)的源極和漏極，以及沿源極、漏極和柵極表面延伸的連接界面層，其特征在于所述襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極中的主要帶電離子為相同型態(tài)。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極溝道層中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。
4、根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述源極和漏極中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。
6、根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述源極和漏極中離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3。
7、根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E15到2E17/cm3。
8、根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述源極和漏極中離子摻雜物的濃度為1E19到4E21/cm3。
9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述連接界面層包含有金屬硅化物。
10、根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。
11、一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的第一P型阱和第二P型阱，所述第一P型阱和第二P型阱分別具有柵極溝道層、柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極和位于柵極介電層上的柵極兩側(cè)的間隙壁，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于柵極溝道層與介電層兩側(cè)的源極和漏極，沿源極、漏極和柵極表面延伸的連接界面層，其特征在于所述襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極中的主要帶電離子為相同型態(tài)。
12、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底為硅、或四價(jià)元素物質(zhì)、或三價(jià)與五價(jià)元素的混合物。
13、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述P型阱中包含有三價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為硼、氟化硼、鎵、銦、鉈、或鋁之中的任意一種或者多種。
14、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極溝道層中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。
15、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述源極和漏極中包含有五價(jià)離子摻雜物，所述摻雜物為磷、砷、銻、鉍、或者氮之中的任意一種或者多種。
16、根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述P型阱中離子摻雜物的濃度為1E16到4E19/cm3。
17、根據(jù)權(quán)利要求11或14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一P型阱柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E14到2E16/cm3。
18、根據(jù)權(quán)利要求11或15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第一P型阱源極和漏極中離子摻雜物的濃度為2E18到2E21/cm3。
19、根據(jù)權(quán)利要求11或14所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第二P型阱柵極溝道層中離子摻雜物的濃度為1E15到2E17/cm3。
20、根據(jù)權(quán)利要求11或15所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述第二P型阱源極和漏極中離子摻雜物的濃度為1E19到4E21/cm3。
21、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述連接界面層包含有金屬硅化物。
22、根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述金屬硅化物的金屬成分含鈷、鎳、鉬、鈦、鎢、銅、或者鈮。
23、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極介電層的厚度為10到100埃。
24、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極兩側(cè)的間隙壁為單層或多層硅化物介電質(zhì)。
25、根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述半導(dǎo)體器件還包括位于柵極溝道層兩側(cè)的P+袋摻雜區(qū)。
26、根據(jù)權(quán)利要求25所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于所述柵極溝道層兩側(cè)的P+袋摻雜區(qū)離子摻雜物的濃度為2E17到4E19/cm3。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件，所述半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底，位于半導(dǎo)體襯底上的柵極介電層、位于柵極介電層上的柵極，以及半導(dǎo)體襯底內(nèi)位于柵極溝道層兩側(cè)的源極和漏極。本發(fā)明半導(dǎo)體器件的特征在于襯底上的柵極溝道層與兩側(cè)的源極和漏極的主要帶電離子為相同型態(tài)，無需經(jīng)由轉(zhuǎn)換成反型離子而形成導(dǎo)電層。利用半導(dǎo)體襯底上柵極溝道層摻雜離子濃度與源極和漏極摻雜離子濃度的差異，源/漏極在外加橫向電壓的作用下，柵極溝道的電子或空穴束縛于不導(dǎo)電的狀態(tài)。在縱向外加電場的影響下，而處于自由移動(dòng)狀態(tài)，電子遷移率隨橫向電場而極快加速，以控制源極和漏極之間的電導(dǎo)率。本發(fā)明半導(dǎo)體器件可以提供更快速，供電電壓更低，與密度更高的半導(dǎo)體元件。
文檔編號(hào)H01L29/78GK101295732SQ20071004026
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者王津洲 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司