[發明專利]耗盡型MOS晶體管及其形成方法

有效

• 申請號: 201310095671.6
• 申請日: 2013-03-22
• 公開（公告）號: CN103208427A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 唐樹澍
• 申請（專利權）人: 上海宏力半導體制造有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L21/28;H01L29/78;H01L29/423;H01L29/06
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 駱蘇華

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，特別是涉及一種耗盡型MOS晶體管及其形成方法。

背景技術

根據導電溝道（channel）的類型，MOS（metal-oxide-semiconductor）晶體管可分為P型MOS晶體管和N型MOS晶體管；根據溝道與電壓的關系，MOS晶體管可分為增強型MOS晶體管（enhanced?MOS?transistor）和耗盡型MOS晶體管（depleted?MOS?transistor）。當增強型MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓差為零時，增強型MOS晶體管不能開啟工作，故增強型MOS晶體管又可稱為常閉型MOS晶體管；當耗盡型MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓差為零時，耗盡型MOS晶體管能夠開啟工作，故耗盡型MOS晶體管又可稱為常開型MOS晶體管。

結合圖1至圖3所示，現有耗盡型NMOS晶體管包括：半導體襯底1，襯底1內具有阱區2，阱區2的摻雜類型為P型；位于部分阱區2內的摻雜區3，摻雜區3的摻雜類型為N型；位于襯底1上的柵介質層4及位于柵介質層4上方的柵極5；位于柵極5兩側的部分阱區2內的源極6和漏極7，源極6和漏極7的摻雜類型為N型，位于源極6與漏極7之間的柵極5覆蓋摻雜區3。

上述耗盡型NMOS晶體管的工作原理如下：當晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差V_GS等于0時，由于晶體管的初始導電溝道（即為摻雜區3）已經存在，故只要源極6與漏極7之間存在電壓差就有漏極電流I_D存在，這種條件下的漏極電流也稱之為飽和電流I_DSS。當晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差V_GS大于0時，柵極5與半導體襯底1之間的電場將使溝道中感應出更多的電子，使得溝道變厚，即溝道的電阻減小，從而使得漏極電流I_D增大。當晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差V_GS小于0時，會在阱區2表面形成一個耗盡層，使得溝道變窄，即溝道的電阻增大，從而使得漏極電流I_D減小。當晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差V_GS負到一定程度時，耗盡層擴展到整個溝道，使得溝道完全被夾斷（耗盡），這時即使源極6與漏極7之間存在電壓差也不會有漏極電流I_D產生，此時晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差V_GS稱為晶體管的夾斷電壓（V_P）。依據上述分析可知，耗盡型NMOS晶體管的夾斷電壓小于0，耗盡型PMOS晶體管的夾斷電壓大于0。

由于多種因素的綜合影響，耗盡型MOS晶體管在工作時其溝道實際上并不可能完全被夾斷，即耗盡型MOS晶體管的漏極電流I_D不可能達到真正的0狀態，因此，在實際應用中，當耗盡型MOS晶體管的漏極電流很接近0時我們即認為此時晶體管柵極與源極之間的電壓差稱為耗盡型MOS晶體管的夾斷電壓，此時所產生的漏極電流稱為晶體管的關態電流I_off。與此相對地，對于NMOS而言，當V_GS大于0且V_GS是夾斷電壓的某一倍數（不小于1）時所產生的漏極電流稱為開態電流I_on；對于PMOS而言，當V_GS小于0且V_GS的絕對值是夾斷電壓的某一倍數（不小于1）時所產生的漏極電流稱為開態電流I_on。

晶體管的關態電流I_off實際上是晶體管的漏電流，當晶體管的關態電流越小則表示晶體管的功耗越小，因此，對于耗盡型MOS晶體管而言常將其開關電流比I_on/I_off作為表征其性能的一個重要參數，晶體管的開關電流比I_on/I_off越大，則表示晶體管的功耗越小。

為了提高耗盡型MOS晶體管的開關電流比I_on/I_off，業界進行了多種嘗試，其中一種方案是通過增加晶體管的開態電流I_on來提高耗盡型MOS晶體管的開關電流比I_on/I_off，但實際發現當晶體管的開態電流I_on增加時，晶體管的關態電流I_off也會相應增加，導致耗盡型MOS晶體管的功耗增加。

發明內容