專利名稱：一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子元器件，尤其涉及金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET)。
背景技術(shù)：
采用互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor, CMOS)工藝制造的器件可用于多種電路，包括集成電路(IC)形式的電路。采用CMOS工藝制造的器件有很多，常見的有金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，M0SFET)。眾所周知，MOSFET具有源極、漏極和柵極。對增強(qiáng)型 MOSFET而言，當(dāng)向其柵極施加一個大于閾值電壓的正向電壓時，沿著柵極區(qū)與體區(qū)的交界處將產(chǎn)生反型層(也稱之為溝道)，MOS晶體管導(dǎo)通。溝道提供了從源極到漏極的電流通路。當(dāng)柵極電壓減小使得溝道消失時，MOSFET關(guān)斷。通常，為了在給定的集成電路尺寸內(nèi)封裝更多的MOS晶體管，常常將這些晶體管設(shè)計(jì)為具有較短的溝道長度。然而溝道長度的減小會導(dǎo)致不期望的短溝道效應(yīng)，例如穿通效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)。現(xiàn)有的解決短溝道效應(yīng)的方案包括減小柵極氧化層的厚度和提高體區(qū)的摻雜濃度。然而這些解決方案也存在缺點(diǎn)減小柵極氧化層的厚度會限制晶體管的最大柵極電壓，而提高體區(qū)摻雜濃度將減小MOS晶體管的擊穿電壓，并加劇熱載流子效應(yīng)。

實(shí)用新型內(nèi)容為了解決前面描述的一個問題或者多個問題，本實(shí)用新型提出一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管。根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例，提供了一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，包括源極區(qū)；柵極區(qū)；漏極區(qū)；以及具有第一摻雜類型的體區(qū)，該體區(qū)包括階梯形摻雜區(qū)，其中階梯形摻雜區(qū)的摻雜濃度高于體區(qū)上表面的摻雜濃度。該階梯形摻雜區(qū)包括第一摻雜區(qū)，位于柵極區(qū)下方；第二摻雜區(qū)，位于源極區(qū)和漏極區(qū)下方；其中第一摻雜區(qū)比第二摻雜區(qū)的深度淺，更靠近體區(qū)的上表面。在一個實(shí)施例中，該金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，第一摻雜類型為N型。在一個實(shí)施例中，階梯形摻雜區(qū)位于體區(qū)上表面下方的第一深度處，其中第一深度為 0. 5 μ m 1. 5 μ m。在一個實(shí)施例中，體區(qū)上表面的摻雜濃度低于體區(qū)內(nèi)摻雜區(qū)的摻雜濃度。根據(jù)本實(shí)用新型提供的實(shí)施例，可制作尺寸小、溝道長度短的M0SFET，并且避免了如穿通效應(yīng)和熱載流子效應(yīng)的短溝道效應(yīng)。

為了更好的理解本實(shí)用新型，將根據(jù)以下附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行詳細(xì)描述[0011]圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的PMOS晶體管的剖視圖；圖2是根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的PMOS晶體管的剖視圖。
具體實(shí)施方式
下面參照附圖充分描述本實(shí)用新型的示范實(shí)施例。這些實(shí)施例公開了大量的細(xì)節(jié)，例如所用材料、制作工藝以及結(jié)構(gòu)來清楚的說明本實(shí)用新型。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解， 沒有一些具體細(xì)節(jié)，本實(shí)用新型同樣可以實(shí)施。為了清晰明了的闡述本實(shí)用新型，本文省略了一些具體的公知技術(shù)的描述。此外，在一些實(shí)施例中已經(jīng)詳細(xì)描述過的類似的結(jié)構(gòu)和功能，在其它實(shí)施例中不再贅述。盡管本實(shí)用新型是結(jié)合PMOS晶體管的具體實(shí)施例來描述的，但由于PMOS晶體管的各個摻雜區(qū)域的類型與NMOS晶體管相反，因此本實(shí)用新型的實(shí)施例僅僅需要稍作改變就可以應(yīng)用于NMOS晶體管。NMOS晶體管同樣滿足本實(shí)用新型的精神和保護(hù)范圍。圖1是根據(jù)本實(shí)用新型一實(shí)施例的PMOS晶體管的剖視圖。該P(yáng)MOS晶體管位于硅襯底101中的N型體區(qū)102內(nèi)。在一個實(shí)施例中，PMOS晶體管是增強(qiáng)型P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(PM0SFET)。如圖1所示，PMOS晶體管包括P+源極區(qū)105、柵極區(qū)106 和P+漏極區(qū)107。在另一個實(shí)施例中，PMOS晶體管還包括用作柵極絕緣層的柵極氧化層 103、N+體區(qū)接觸區(qū)104、輕摻雜的漏極區(qū)IlO(LDD)和側(cè)壁間隔層112。在一個實(shí)施例中，柵極氧化層103可以包括熱處理的和/或淀積的二氧化硅。側(cè)壁間隔層112可包括氧化物、 多晶硅或者氮化硅材料。N+體區(qū)接觸區(qū)104為電耦接至體區(qū)102的電極提供接觸區(qū)域。在一個實(shí)施例中，柵極區(qū)106包括厚度為4000埃 8000埃的多晶硅。前面所述材料或區(qū)域的摻雜類型和摻雜濃度都是可改變的，還可根據(jù)不同的應(yīng)用場合來制備摻雜類型合適的其它材料或區(qū)域。P+源極區(qū)105和P+漏極區(qū)107是采用離子注入工藝制作而成。在一個實(shí)施例中， 掩膜108和側(cè)壁間隔層112 —起界定了在N型體區(qū)102中形成P+源極區(qū)105和P+漏極區(qū) 107的那個區(qū)域。掩膜108可包括光刻常用的遮蔽材料，例如光刻膠。與傳統(tǒng)的MOS晶體管一樣，P+源極區(qū)105與P+漏極區(qū)107從MOS晶體管的上表面向下延伸。圖2是根據(jù)本實(shí)用新型另一實(shí)施例的PMOS晶體管的剖視圖。在圖2所示實(shí)施例中，對圖1所示PMOS晶體管進(jìn)行高能離子注入，以在N型體區(qū)102內(nèi)形成階梯形摻雜區(qū)120。 在一個實(shí)施例中，高能離子注入工藝通過已有掩膜的開口實(shí)施，高能離子注入工藝與其它的離子注入工藝共用該掩膜。在如在圖2所示的實(shí)施例中那樣，再次采用制作P+源極區(qū) 105與P+漏極區(qū)107時用的那個掩膜108來制作階梯形摻雜區(qū)120?？梢栽?in-situ) 執(zhí)行高能離子注入，按照這種制作方法，只需將襯底置于離子注入機(jī)中一次，即可完成源極區(qū)105和漏極區(qū)107的離子注入工藝和高能離子注入工藝。在另一實(shí)施例中，高能離子注入工藝通過使用與制作輕摻雜漏極區(qū)110的那個掩膜相同的掩膜來實(shí)施。與其他離子注入工藝共用掩膜可以節(jié)省步驟、降低成本。在又一實(shí)施例中，制作階梯形摻雜區(qū)120的高能離子注入工藝通過專用掩膜層的開口來實(shí)施，在任何其他的離子注入工藝中不使用該掩膜，以使得只向特定的區(qū)域注入摻雜雜質(zhì)或者摻雜劑。掩膜應(yīng)該足夠厚以充分阻擋雜質(zhì)的注入，使得任何穿透掩膜進(jìn)入的雜質(zhì)摻雜劑都不能對底層的元件產(chǎn)生顯著的不利影響。[0020]如圖2所示，階梯形摻雜區(qū)120是采用高能離子注入工藝向N型體區(qū)102注入N 型雜質(zhì)(例如磷)形成的。對于N溝道的MOS晶體管，高能離子注入工藝向P型體區(qū)注入 P型雜質(zhì)(例如硼)。在一個實(shí)施例中，N型雜質(zhì)穿過柵極區(qū)106、柵極氧化層103被注入N型體區(qū)102 內(nèi)。在一個實(shí)施例中，N型雜質(zhì)還穿過側(cè)壁間隔層112被注入N型體區(qū)102內(nèi)。一般地，注入的離子僅能在材料中穿透一定的深度，，這一穿透深度被稱為注入深度。注入深度與注入的離子種類、注入能量以及注入設(shè)備與襯底間的角度有關(guān)。當(dāng)離子被注入一疊不同厚度的材料實(shí)施時，注入深度自然地與這疊材料的外部形狀對應(yīng)。因此，摻雜區(qū)120是階梯形的，包括穿過柵極區(qū)106形成的第一摻雜區(qū)131和穿過柵極區(qū)106外的區(qū)域(P+源極區(qū)105和ρ+漏極區(qū)107)形成的第二摻雜區(qū)132，第一摻雜區(qū)131比與第二摻雜區(qū)132的深度淺，更靠近柵極氧化層103。階梯形摻雜區(qū)120選擇性地提高了 N型體區(qū)102的摻雜濃度，也就是說，階梯形摻雜區(qū)120在選擇的部分中，例如提高了 N型體區(qū)102內(nèi)部分區(qū)域的摻雜濃度，而沒有提高其他區(qū)域的摻雜濃度，以此來抑制穿通效應(yīng)。第一摻雜區(qū)131的邊界與柵極區(qū)106或側(cè)壁間隔層112的邊界是自對準(zhǔn)的，第一摻雜區(qū)131不會延伸到ρ+源極區(qū)105和P+漏極區(qū)107 的正下方區(qū)域。如圖2所示，第一摻雜區(qū)131相比于第二摻雜區(qū)132更靠近N型體區(qū)102 的上表面。高能離子注入工藝使得離子能夠穿過柵極區(qū)106。在一個實(shí)施例中，采用大于 200keV (千電子伏特)，例如400keV 800keV的注入能量，使磷離子穿過厚度大約為6000 埃的柵極區(qū)106，以形成階梯形摻雜區(qū)120的第一摻雜區(qū)131。這樣?xùn)艠O區(qū)106下方的區(qū)域是逆向摻雜的，即N型體區(qū)上表面的摻雜濃度低于其下方第一摻雜區(qū)131的摻雜濃度。在一個實(shí)施例中，階梯形摻雜區(qū)120位于柵氧層103下方0. 5μπι 1.5μπι處。PMOS晶體管的閾值電壓受柵氧層103的厚度和N型體區(qū)102上表面附近的摻雜濃度影響，因此，階梯形摻雜區(qū)120的第一摻雜區(qū)131應(yīng)制作得足夠深，以使得N型體區(qū)102 上表面附近的摻雜濃度不會因?yàn)檫^高而明顯提高PMOS晶體管的閾值電壓。高能離子注入工藝采用的注入劑量和注入能量因器件而異，可通過模擬仿真和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化來選擇。一般地， 因高能離子注入而引入的額外摻雜濃度最好小于N型體區(qū)102原有的(kickgroimd)摻雜濃度。在一個實(shí)施例中，高能注入引入的額外摻雜濃度小于N型體區(qū)102表面摻雜濃度的十分之一。第一摻雜區(qū)131離柵極氧化層103較近，增大了 N型體區(qū)102中，P+源極區(qū)105和 P+漏極區(qū)107之間的區(qū)域的摻雜濃度，最有效地減小了諸如穿通效應(yīng)這樣的短溝道效應(yīng)。 此外，柵極區(qū)106下方的區(qū)域是逆向摻雜的，第一摻雜區(qū)131不會對MOS晶體管的閾值電壓造成實(shí)質(zhì)性的影響。第二摻雜區(qū)132(例如摻雜區(qū)120中不包括柵極區(qū)106下方的區(qū)域) 與P+源極區(qū)105和P+漏極區(qū)107的垂直距離較遠(yuǎn)，有助于減小對熱載流子效應(yīng)和擊穿電壓的影響。這樣，階梯形摻雜區(qū)120 —方面保證了 MOS晶體管的短溝道，另一方面避免了前述的短溝道效應(yīng)。此外，制作階梯形摻雜區(qū)120的高能離子注入工藝一般在MOS晶體管的制作后期實(shí)施，以最小化熱推進(jìn)(drive-in)并保持它的摻雜區(qū)域分布。在一個實(shí)施例中，高能離子注入工藝起碼是在制作了 N型體區(qū)102、柵極氧化層103和柵極區(qū)106之后實(shí)施的。在雙擴(kuò)散型雙極性CM0S-DM0S晶體管的制作過程中，高能離子注入工藝在P型體區(qū)推進(jìn)以及相關(guān)的熱推進(jìn)工藝之后實(shí)施。本實(shí)用新型的一實(shí)施例是一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管M0SFET，包括源極區(qū)；柵極區(qū)；漏極區(qū)；以及具有第一摻雜類型的體區(qū)，該體區(qū)包括階梯形摻雜區(qū)，其中階梯形摻雜區(qū)的摻雜濃度高于體區(qū)上表面的摻雜濃度，該階梯形摻雜區(qū)包括第一摻雜區(qū)，位于柵極區(qū)下方；第二摻雜區(qū)，位于源極區(qū)和漏極區(qū)下方；其中，第一摻雜區(qū)比第二摻雜區(qū)的深度淺，更靠近體區(qū)的上表面。根據(jù)該實(shí)施例，MOSFET可以為P溝道M0SFET，第一摻雜類型可以為N型。另外，階梯形摻雜區(qū)位于體區(qū)上表面下方的第一深度處，其中第一深度為0. 5 μ m 1. 5 μ m。根據(jù)一實(shí)施例，所述體區(qū)上表面的摻雜濃度低于體區(qū)內(nèi)摻雜區(qū)的摻雜濃度。本實(shí)用新型的實(shí)施例公開了一種可改善短溝道效應(yīng)的MOS器件。盡管本實(shí)用新型中詳細(xì)描述的與特定實(shí)施例相結(jié)合，并給出一些特定的細(xì)節(jié)。但是，本實(shí)用新型仍有許多其他實(shí)施方式。在實(shí)際執(zhí)行時可能有些變化，但仍然包含在本實(shí)用新型主旨范圍內(nèi)，因此，本實(shí)用新型旨在包括所有落入本實(shí)用新型和所述權(quán)利要求范圍及主旨內(nèi)的替代例、改進(jìn)例和變化例等。
權(quán)利要求1.一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管包括源極區(qū)； 柵極區(qū)； 漏極區(qū)；以及具有第一摻雜類型的體區(qū)，該體區(qū)包括階梯形摻雜區(qū)，其中階梯形摻雜區(qū)的摻雜濃度高于體區(qū)上表面的摻雜濃度，該階梯形摻雜區(qū)包括 第一摻雜區(qū)，位于柵極區(qū)下方； 第二摻雜區(qū)，位于源極區(qū)和漏極區(qū)下方； 其中，第一摻雜區(qū)比第二摻雜區(qū)的深度淺，更靠近體區(qū)的上表面。
2.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其特征在于，所述金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，第一摻雜類型為N型。
3.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其特征在于，階梯形摻雜區(qū)位于體區(qū)上表面下方的第一深度處，其中第一深度為0. 5 μ m 1. 5 μ m。
4.如權(quán)利要求1所述的金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，其特征在于，體區(qū)上表面的摻雜濃度低于體區(qū)內(nèi)摻雜區(qū)的摻雜濃度。
專利摘要本實(shí)用新型的實(shí)施例公開了一種金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管MOSFET，包括源極區(qū)；柵極區(qū)；漏極區(qū)；以及具有第一摻雜類型的體區(qū)，該體區(qū)包括階梯形摻雜區(qū)，其中，階梯形摻雜區(qū)的摻雜濃度高于體區(qū)上表面的摻雜濃度，該階梯形摻雜區(qū)包括第一摻雜區(qū)，位于柵極區(qū)下方；第二摻雜區(qū)，位于源極區(qū)和漏極區(qū)下方；其中，第一摻雜區(qū)比第二摻雜區(qū)的深度淺，更靠近體區(qū)的上表面。
文檔編號H01L29/78GK202332858SQ20112045391
公開日2012年7月11日 申請日期2011年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月18日
發(fā)明者唐納德·迪斯尼 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司