[發(fā)明專利]一種不對稱型源漏場效應(yīng)晶體管及其制備方法

無效

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• 申請日: 2010-03-25
• 公開（公告）號: CN101807602A
• 公開（公告）日: 2010-08-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳東平;張世理;樸穎華
• 申請（專利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/08;H01L21/336
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體器件和相關(guān)工藝制備方法，更具體的說，涉及場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

MOS場效應(yīng)晶體管(MOSFET)是金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管的簡稱，是利用電場效應(yīng)來控制半導(dǎo)體中電流的一種半導(dǎo)體器件，只依靠一種載流子參與導(dǎo)電，故又稱為單極型晶體管。MOS場效應(yīng)晶體管可以用半導(dǎo)體硅、鍺為材料，也可用化合物半導(dǎo)體砷化鎵等材料制作，目前以使用硅材料的最多。通常MOS場效應(yīng)晶體管由半導(dǎo)體襯底、源區(qū)和漏區(qū)、柵氧化層以及柵電極等幾個(gè)主要部分組成，其基本結(jié)構(gòu)一般是一個(gè)四端器件，它的中間部分是由金屬-絕緣體-半導(dǎo)體組成的MOS電容結(jié)構(gòu)，MOS電容的兩側(cè)分別是源區(qū)和漏區(qū)，在正常的工作狀態(tài)下，載流子將從源區(qū)流入，從漏區(qū)流出，絕緣層上為柵極，在柵極上施加電壓，可以改變絕緣層中的電場強(qiáng)度，控制半導(dǎo)體表面電場，從而改變半導(dǎo)體表面溝道的導(dǎo)電能力。

常規(guī)MOS場效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)是純粹重?fù)诫sPN結(jié)結(jié)構(gòu)。這種PN結(jié)可以采用擴(kuò)散、離子注入等制造工藝，將一定數(shù)量的雜質(zhì)摻入半導(dǎo)體襯底在場效應(yīng)晶體管的源區(qū)和漏區(qū)形成。然而，具有這種源漏結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管其串聯(lián)電阻比較大，短溝道效應(yīng)嚴(yán)重，且不易按比例縮小。

如果將金屬硅化物源漏來代替?zhèn)鹘y(tǒng)的重?fù)诫sPN結(jié)源漏并應(yīng)用在未來超縮微化的CMOS器件中，將會(huì)在一定程度上提高場效應(yīng)晶體管的性能。金屬硅化物源漏是指金屬硅化物作為場效應(yīng)的源極和漏極并且金屬硅化物和硅襯底之間形成肖特基結(jié)，其主要優(yōu)勢是低的寄生電阻，優(yōu)良的按比例縮小特性，簡便的工藝制造，低的熱預(yù)算以及抗閂鎖效應(yīng)或者絕緣體上的硅(SOI)里的浮體效應(yīng)。然而，純粹由肖特基結(jié)組成源漏的場效應(yīng)晶體管也有許多潛在的問題，肖特基結(jié)常存在額外的漏電流和軟擊穿，這種源漏結(jié)構(gòu)的場效應(yīng)晶體管的可靠性目前還沒有得到很好的研究。

混合結(jié)由肖特基結(jié)和PN結(jié)混合構(gòu)成，具有工作電流高、開關(guān)速度快、漏電流小，擊穿電壓高等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決傳統(tǒng)重?fù)诫sPN結(jié)型源漏場效應(yīng)晶體管的高源漏串聯(lián)電阻和肖特基結(jié)場效應(yīng)晶體管高源漏泄漏電流等問題，本發(fā)明提出一種不對稱型源漏場效應(yīng)晶體管。

本發(fā)明提出的不對稱型源漏場效應(yīng)晶體管，包括半導(dǎo)體襯底、柵極結(jié)構(gòu)、分別為混合結(jié)和PN結(jié)的源區(qū)和漏區(qū)，其中，所述源區(qū)和漏區(qū)結(jié)構(gòu)不對稱，其一由PN結(jié)構(gòu)成，另外一個(gè)由混合結(jié)構(gòu)成。所述混合結(jié)由肖特基結(jié)和PN結(jié)混合構(gòu)成。

優(yōu)選地，所述肖特基結(jié)由金屬半導(dǎo)體化合物和所述半導(dǎo)體襯底接觸構(gòu)成，所述PN結(jié)是通過注入與所述半導(dǎo)體襯底摻雜類型不同的雜質(zhì)離子并通過隨后的熱退火形成。

優(yōu)選地，所述混合結(jié)中的所述金屬半導(dǎo)體化合物與所述半導(dǎo)體襯底形成肖特基結(jié)，并同時(shí)與所述半導(dǎo)體襯底中的所述源區(qū)或漏區(qū)中的高摻雜區(qū)域形成歐姆接觸。

優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體襯底是硅、鍺、鍺硅合金、SOI結(jié)構(gòu)或GOI結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底的摻雜濃度在1*10¹⁴到1*10¹⁹cm^-3之間。

優(yōu)選地，所述場效應(yīng)晶體管進(jìn)一步包括形成在所述半導(dǎo)體襯底中的淺槽隔離結(jié)構(gòu)、位于所述淺槽隔離結(jié)構(gòu)之上的偽柵結(jié)構(gòu)和側(cè)墻，所述側(cè)墻位于所述柵極結(jié)構(gòu)和所述偽柵的側(cè)邊。

優(yōu)選地，所述的金屬半導(dǎo)體化合物為硅化鎳、鍺化鎳、硅化鈷、鍺化鈷、硅化鈦、鍺化鈦、硅化鉑、鍺化鉑中的任意一種或者它們之中幾種的混合物。

本發(fā)明還提出上述不對稱型源漏的場效應(yīng)晶體管的制造方法，包括：

提供一個(gè)半導(dǎo)體襯底，用淺槽隔離工藝形成隔離結(jié)構(gòu)；

形成第一絕緣介質(zhì)層，接著在所述第一絕緣介質(zhì)層上形成一個(gè)電極層，然后通過光刻、刻蝕工藝對所述電極層和所述第一絕緣層進(jìn)行圖形化刻蝕，從而形成柵極結(jié)構(gòu)和源區(qū)及漏區(qū)兩側(cè)的偽柵結(jié)構(gòu)，并形成對應(yīng)于源極和漏極區(qū)域的第一窗口和第二窗口，第二窗口的寬度小于第一窗口的寬度；

淀積形成第二絕緣介質(zhì)層，該第二絕緣介質(zhì)層厚度小于所述第一窗口寬度的一半并大于第二窗口寬度的一半，利用選擇性各向異性刻蝕工藝對所述第二絕緣介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，從而沿著所述第一窗口兩側(cè)形成第一側(cè)墻結(jié)構(gòu)，刻蝕后所述的第二絕緣層仍然覆蓋位于所述第二窗口區(qū)域的所述半導(dǎo)體襯底、不能形成側(cè)墻結(jié)構(gòu)；

進(jìn)行第一次離子注入，在所述第一窗口處的所述半導(dǎo)體襯底中形成PN結(jié)；