[發明專利]一種肖特基勢壘MOS晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201110314591.6
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102324434A
• 公開（公告）日: 2012-01-18
• 發明（設計）人: 黃如;江文哲;黃芊芊;詹瞻;邱穎鑫
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理事務所(普通合伙) 11360
• 代理人: 賈曉玲

技術領域

本發明屬于CMOS超大集成電路(ULSI)中的場效應晶體管邏輯器件與電路領域，具體涉及一種結合臺階結構、環形柵結構和非對稱源/漏結構的肖特基勢壘MOS晶體管及其制備方法。

背景技術

早在20世紀60年代末，Lepselter和Sze就提出了肖特基勢壘MOS場效應晶體管(Schottky?Barrier?MOSFET)結構。將源漏利用金屬或硅化物來代替傳統的摻雜，利用源端的載流子的直接隧穿勢壘來實現導通。隨著金屬-氧化物-硅場效應晶體管(MOSFET)的尺寸不斷縮小，短溝道效應對器件的影響越來越大。對于傳統的MOS場效應晶體管，為了抑制短溝道效應，必須采用超淺結和陡變摻雜的源/漏區。而肖特基勢壘源/漏區技術由于其可以利用簡單的低溫工藝實現超淺結和低寄生電阻源漏區，因而成為了對高摻雜源漏區的一種具有吸引力的替代技術。而且相比于傳統工藝中激活雜質所需的溫度，實現肖特基勢壘源漏區所需的低溫工藝要求較小的熱預算，為高K和金屬柵材料的使用提供了可能的解決辦法。

然而傳統的肖特基勢壘MOS場效應晶體管(SB-MOSFET)也存在著一定的問題。首先，由于導通電流主要來源于源端載流子的隧穿，因而限制了開態導通電流的大小，較小的開態電流成為限制SB-MOSFET應用的一個主要原因之一；其次，SB-MOSFET存在較嚴重的雙極效應，即在柵極加反向偏壓時，器件也會產生較大的導通電流，從而使得柵極加一定的正向、反向偏壓時都呈現較大的導通電流。這是因為在柵極施加反向偏壓時(以N型襯底為例進行說明)，由于柵極偏壓和漏端偏壓方向相反，較大的電勢差會降在漏端溝道-漏之間的肖特基結上，從而形成很薄的漏端勢壘，促使溝道電子隧穿到漏端，產生導通電流。

發明內容

本發明為一種結合臺階結構、環形柵結構和非對稱源/漏結構的肖特基勢壘MOS場效應晶體管及其制備方法。在與現有CMOS工藝兼容并且保持了傳統SB-MOSFET各種優點的條件下，該結構利用臺階結構、環形柵結構提高了開態電流、簡化了工藝流程，并利用非對稱源/漏結構抑制了雙極效應。

本發明的技術方案如下：

一種結合臺階結構、環形柵結構和非對稱源/漏結構的肖特基勢壘MOS晶體管，包括一個環狀柵電極，一個環狀柵介質層，環狀柵電極側墻，一個有突起臺階結構的半導體襯底，一個源區，一個環狀漏區。所述半導體襯底有凸起臺階結構；金屬硅化物源區位于凸起臺階較高的平面上，環狀金屬硅化物漏區環繞凸起臺階并位于較低的平面上，柵介質層和柵電極位于凸起臺階的拐角處并圍繞住臺階凸起呈環狀，柵電極側墻呈環狀圍在柵電極外側并有一定厚度，以作為掩蔽形成漏端的underlap結構。

漏端underlap結構指的是柵在靠近漏端的一側沒有完全覆蓋溝道而露出了一部分溝道及覆蓋在其上的柵氧層。

所述源區(5)和漏區(6)可為任何導電性良好的金屬或金屬與襯底材料形成的化合物。

本發明所述MOS晶體管的制備方法，包括以下步驟：

(1)在半導體襯底上通過淺槽隔離定義有源區；

(2)光刻并刻蝕出臺階結構；

(3)生長柵介質層；

(4)淀積柵電極層，接著利用側墻工藝形成環形柵電極；

(5)淀積側墻層，接著利用側墻工藝形成環形側墻；

(6)漂去自然氧化層，使源/漏區(即臺階較高的平面和臺階較低平面上未被柵電極和側墻掩蔽的區域)露出襯底材料，濺射一層金屬，經過低溫退火形成金屬與半導體的化合物，接著去除未反應的金屬，由于側墻層的掩蔽作用能夠自對準地形成不對稱肖特基源/漏區，即漏端underlap結構；

(7)最后進入常規CMOS后道工序，包括淀積鈍化層、開接觸孔以及金屬化等，即可制得所述的MOS晶體管。

上述的制備方法中，所述步驟(1)中的半導體襯底材料選自Si、Ge、SiGe、GaAs或其他II-VI，III-V和IV-IV族的二元或三元化合物半導體、絕緣體上的硅(SOI)或絕緣體上的鍺(GOI)。

上述的制備方法中，所述步驟(3)中的柵介質層材料選自二氧化硅、二氧化鉿、氮化鉿等。

上述的制備方法中，所述步驟(3)中的生長柵介質層的方法為：常規熱氧化、摻氮熱氧化、化學氣相淀積或物理氣相淀積。

上述的制備方法中，所述步驟(4)中的柵電極層材料選自摻雜多晶硅、金屬鈷，鎳以及其他金屬或金屬硅化物。

上述的制備方法中，所述步驟(5)中的側墻層材料選自二氧化硅、二氧化鉿、氮化鉿等。