专利名称：同质复合栅场效应晶体管的制作方法
技木领域本发明属于微电子半导体技术领域，特别涉及一种同质复合栅场效应晶体管。
背景技术：
随着通讯技术的发展，射频集成电路使用越来越广泛，电路的工作频率也迅速提升，预计在不久3G时代来临之时，通讯使用的射频将从900MHZ提升到1.885-2.025GHZ，因此用于射频集成电路的MOSFET的截止频率和最高工作频率也将大幅提高。从半导体器件物理的角度考虑提高MOSFET的高频特性，无非是用栅工程和沟道工程两个方法。从栅工程的角度考虑，主要是改变栅材料和栅结构的方法，例如异质栅MOSFET，这样得到的结构虽然提高了载流子的运动速度，导致了MOSFET的截止频率和最高工作频率的提高，但是由于高功函数材料难以用工艺实现，所以目前很难用于小尺寸MOSFET工艺实践。从沟道工程的角度考虑则是改变沟道掺杂分布，典型的有halo结构，其特点是用减小漏端场强方法来降低DIBL效应和热电子注入效应，提高器件的电学特性和可靠性，但是工艺复杂，在小尺寸MOSFET中实现起来难度大。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的问题，提供一种同质复合栅场效应晶体管，既可以得到很高的射频MOSFET驱动电流、跨导和截止频率，同时器件漏漂移区末端的最大场强、热电子效应和短沟道效应又可以得到很大的缓解，从而更有利于用与CMOS兼容的工艺和同质材料实现异质栅MOSFET所具有的优良性能，为改善RF MOSFET高频性能提供一个优化方向。
本发明为解决技术问题所采用的技术方案是本发明同质复合栅场效应晶体管，由栅端、源端、漏端和衬底构成的场效应晶体管本体，所述源端和漏端分设于衬底的左右两端，所述栅端位于源端和漏端之间的衬底上方，在栅端与衬底之间为绝缘层，沟道形成在源端与漏端之间的衬底上，所述源端在沟道的左端延伸为浅源延伸区，所述漏端在沟道的右端延伸为浅漏延伸区；本发明的结构特点是所述栅端设置为同质复合栅，所述同质复合栅为多晶硅栅，多晶硅栅的左右两部分分设为不同的导电类型，包括，朝向源端的栅左部为P型多晶硅栅，朝向漏端的栅右部为N型多晶硅栅，P型多晶硅栅与N型多晶硅栅相接处形成分界面。
本发明的结构特点也在于所述源端和漏端的掺杂浓度为1×1020cm-3，结深为150nm。
所述浅源延伸区的掺杂浓度不大于源端掺杂浓度，结深为源端结深的0.3倍；所述浅漏延伸区的掺杂浓度不大于漏端掺杂浓度，结深为漏端结深的0.3倍。
所述衬底掺杂浓度为1×1015cm-3～5×1018cm-3。
所述沟道长度不大于0.35μm。
所述栅端的P型多晶硅栅掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为P+。
所述栅端的N型多晶硅栅掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为N+。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在本发明不同于异质栅场效应晶体管结构，在同一种栅材料上实现了两种功函数对器件特性的控制，靠近源端P型多晶硅栅功函数高，而靠近漏端N型多晶硅栅功函数低，在P型多晶硅栅和N型多晶硅栅分界面位置处的沟道由于功函数突变界面的影响，分界面处沟道出现了一个峰值，其结果提高了射频MOSFET的驱动电流、跨导和截止频率；另一方面，漏压引起的电势变化被P型多晶硅栅和N型多晶硅栅界面峰值电场所屏蔽，从而有效抑制了短沟道效应和热电子效应；与此同时，模拟结果表明，通过调节P型多晶硅栅和N型多晶硅栅长度比例，能够显著调整阈值电压。
图1为本发明结构示意图；图2为同质复合栅对沟道电场的影响；图3为同质复合栅对归一化跨导的影响图4为同质复合栅对归一化沟道电场的影响；图5为同质复合栅对阈值电压的调整。
以下结合附图，并通过具体实施方式
对本发明作进一步描述
具体实施例方式图中标号1源端、2漏端、3衬底、4绝缘层、5为P型多晶硅栅、6为N型多晶硅栅、7沟道、8浅源延伸区、9浅漏延伸区、10分界面。
参见图1，本实施例中由源端1、漏端2、衬底3和栅端构成场效应晶体管本体，源端1和漏端2分设于衬底3的左右两端，栅端位于源端1和漏端2之间的衬底3的上方，在栅端与衬底3之间为绝缘层4，沟道7形成在源端1与漏端2之间的衬底3上，源端1在沟道7的左端延伸为浅源延伸区8，漏端2在沟道7的右端延伸为浅漏延伸区9；图1所示，本实施例中，栅端设置为同质复合栅，同质复合栅为多晶硅栅，多晶硅栅的左右两部分分设为不同的导电类型，包括，朝向源端1的栅左部为P型多晶硅栅5，朝向漏端2的栅右部为N型多晶硅栅6，P型多晶硅栅5与N型多晶硅栅6相接处形成分界面10。
具体实施中，相关的设置也包括源端和漏端的掺杂浓度为1×1020cm-3，结深为150nm。
浅源延伸区的掺杂浓度与源端掺杂浓度相同，结深为源端结深的0.3倍；浅漏延伸区的掺杂浓度与漏端掺杂浓度相同，结深为漏端结深的0.3倍。
衬底掺杂浓度为1×1015cm-3～5×1018cm-3。
沟道长度不大于0.35μm。
栅端的P型多晶硅栅掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为P+。
栅端的N型多晶硅栅掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为N+。
图中标号1源端、2漏端、3衬底、4绝缘层、5为P型多晶硅栅、6为N型多晶硅栅、7沟道、8浅源延伸区、9浅漏延伸区、10分界面。
实施例1，设置沟道长度为0.35um，其它相关设置包括绝缘层4的厚度为7nm、源端1和漏端2的掺杂浓度均为1×1020cm-3，结深为150nm；浅源延伸区8和浅漏延伸区9的掺杂浓度均为1×1020cm-3，结深为50nm、衬底3的掺杂浓度为3×1017cm-3。栅端的P型多晶硅栅5的掺杂浓度的1×1020cm-3、掺杂效果为P+以及N型多晶硅栅6的掺杂浓度1×1020cm-3、掺杂效果为N+，且它们之间的长度比例为1∶1。
实施例2设置沟道长度为0.25um，其它相关设置包括绝缘层4的厚度为5nm、源端1和漏端2的掺杂浓度均为1×1020cm-3，结深为150nm；浅源延伸区8和浅漏延伸区9的掺杂浓度均为1×1019cm-3，结深为50nm、衬底3的掺杂浓度为3×1016cm-3。栅端的P型多晶硅栅5的掺杂浓度为1×1020cm-3、掺杂效果为P+以及N型多晶硅栅6的掺杂浓度1×1020cm-3、掺杂效果为N+，且它们之间的长度比例为1∶1。
实施例3设置沟道长度为0.13um，其它相关设置包括绝缘层4的厚度为2nm、源端1和漏端2的掺杂浓度均为1×1020cm-3，结深为150nm；浅源延伸区8和浅漏延伸区9掺杂浓度均为1×1020cm-3，结深为50nm、衬底3的掺杂浓度为3×1017cm-3。栅端的P型多晶硅栅5的掺杂浓度为1×1020cm-3、掺杂效果为P+以及N型多晶硅栅6的掺杂浓度1×1020cm-3、掺杂效果为N+，且它们之间的长度比例为1∶1。
采用二维器件模拟软件——MEDICI对器件的特性进行模拟，结论如下
表一.不同沟道长度下三种栅电极的电学特性
从上表可以看出在三种不同沟道长度下，同质复合栅场效应晶体管的跨导特性相对于N+场效应晶体管和P+场效应晶体管都有较大改善，特别是线性区跨导提高特别显著；而同质复合栅场效应晶体管漏端最大电场比N+场效应晶体管和P+场效应晶体管都有所降低；另外，同质复合栅场效应晶体管的阈值电压介于N+场效应晶体管和P+场效应晶体管两者之间，并且其大小可以通过调节P多晶硅栅和N多晶硅栅比例来改变；最后，因为阈值电压不同的缘故，同质复合栅场效应晶体管的饱和漏电流比N+场效应晶体管的大，而比P+场效应晶体管的小。
同质复合栅对沟道电场的影响如图2所示，其中图2(a)和图2(b)是用MEDICI软件模拟出来的沟道电场分布。从图2(a)上看到，栅端分为高功函数的P多晶硅栅和低功函数的N多晶硅栅两块，在两块栅分界面的沟道处由于功函数突变界面的影响，下面的沟道电场分布不均匀，其分界面处沟道电场有一个峰值，源端电子由于这个峰值电场的加速作用，呈现了很大的平均速度，其结果是MOSFET的跨导有了提高。而图2(b)是常规P多晶硅栅或N多晶硅栅场效应晶体管沟道电场分布示意图，其中电场均匀变化。通过比较可以看出，同质复合栅结构显示出了优于常规结构器件的特性。
同质复合栅对归一化跨导的影响如图3所示，图中器件除了栅端材料的情况有所区别(总的栅长不变，都是0.35μm，复合栅的P多晶硅栅和N多晶硅栅各为0.175μm)，其它的条件如栅氧厚度、沟道注入、外加漏压、栅压都相同。从图中可以见到以本发明同质复合栅的跨导最大。注意在P多晶硅栅和N多晶硅栅比例变化时，跨导gm的绝对值变化，因此归一化跨导gm也在变化，因此存在最优P多晶硅栅和N多晶硅栅比例情况。而线性区跨导提高最明显，高达40％以上。
同质复合栅对归一化沟道电场的影响如图4所示，漏压引起的电势变化被P多晶硅栅和N多晶硅栅界面峰值电场屏蔽，所以漏端场强减小，这样抑制了短沟道效应和热电子效应。用MEDICI模拟了0.35μm栅长下的各类型栅的漏端场强分布，在模拟时除了栅材料的类型外，其他各项参数如栅长、沟道注入、源漏结深、栅电压、漏电压情况都相同。从图中可见同质复合栅MOSFET的漏端场强最低，图中同质复合栅MOSFET的P多晶硅栅和N多晶硅栅分别是0.175μm。在P多晶硅栅和N多晶硅栅比例变化时，同质复合栅MOSFET漏端场强 的绝对值也在变化，因此归一化场强 也变化，所以也存在一个最优值问题。通过大量地模拟，发现当P多晶硅栅和N多晶硅栅比例为1∶1时，同质复合栅MOSFET漏端场强 的绝对值最小。
同质复合栅对阈值电压的调整如图5所示，MEDICI模拟的归一化闽值电压变化情况，调节P多晶硅栅和N多晶硅栅长度的比例时，发现阈值电压会因此而变化，栅长固定，总栅长取0.35μm时。从图中可以看到，随着S-gate长度的增加，阈值电压逐渐增加。
上述结论表明，本发明同质复合栅SDE结构的MOSFET，可以提高MOSFET的跨导、截止频率，减小热电子效应，异质栅MOSFET沟道场强与复合栅沟道场强有类似特点，因此它也有复合栅MOSFET类似的电学特性，但是其工艺复杂得多，很难用于小尺寸MOSFET。
权利要求
1.一种同质复合栅场效应晶体管，由栅端、源端(1)、漏端(2)和衬底(3)构成的场效应晶体管本体，所述源端(1)和漏端(2)分设于衬底(3)的左右两端，所述栅端位于源端(1)和漏端(2)之间的衬底(3)的上方，在栅端与衬底(3)之间为绝缘层(4)，沟道(7)形成在源端(1)与漏端(2)之间的衬底(3)上，所述源端(1)在沟道的左端延伸为浅源延伸区(8)，所述漏端(2)在沟道的右端延伸为浅漏延伸区(9)；其特征是所述栅端设置为同质复合栅，所述同质复合栅为多晶硅栅，多晶硅栅的左右两部分分设为不同的导电类型，包括，朝向源端(1)的栅左部为P型多晶硅栅(5)，朝向漏端(2)的栅右部为N型多晶硅栅(6)，P型多晶硅栅(5)与N型多晶硅栅(6)相接处形成分界面(10)。
2.根据权利要求1所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述源端(1)和漏端(2)的掺杂浓度为1×1020cm-3，结深为150nm。
3.根据权利要求1所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述浅源延伸区(8)的掺杂浓度不大于源端(1)掺杂浓度，结深为源端结深的0.3倍；所述浅漏延伸区(9)的掺杂浓度不大于漏端(2)的掺杂浓度，浅漏延伸区(9)的结深为漏端结深的0.3倍。
4.根据权利要求1所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述衬底(3)的掺杂浓度为1×1015cm-3～5×1018cm-3。
5.根据权利要求1所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述沟道(7)的长度不大于0.35μm。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述栅端P型多晶硅栅(5)的掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为P+。
7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的同质复合栅场效应晶体管，其特征是所述栅端N型多晶硅栅(6)的掺杂浓度为1×1020cm-3，掺杂效果为N+。
全文摘要
同质复合栅场效应晶体管，由栅端、源端、漏端和衬底构成场效应晶体管本体，在栅端与衬底之间为绝缘层，沟道形成在源端与漏端之间衬底上，源端在沟道左端延伸为浅源延伸区，漏端在沟道右端延伸为浅漏延伸区；其特征是栅端设置为同质复合栅，多晶硅栅，多晶硅栅的左右两部分分设为不同的导电类型，朝向源端的栅左部为P型多晶硅栅，朝向漏端的栅右部为N型多晶硅栅。本发明既可以得到很高的射频MOSFET驱动电流、跨导和截止频率，同时器件漏漂移区末端的最大场强、热电子效应和短沟道效应又可以得到很大的缓解。
文档编号H01L29/808GK1953206SQ20061009701
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月27日 优先权日2006年10月27日
发明者陈军宁, 柯导明, 徐超, 代月花, 高珊, 孟坚, 吴秀龙 申请人:安徽大学