[發明專利]具有減小的柵極到源極與柵極到漏極重疊電容的金屬柵極MOS晶體管

在審

• 申請號: 201380053370.5
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN104718626A
• 公開（公告）日: 2015-06-17
• 發明（設計）人: 馬諾耶·梅赫羅特拉;新美廣明
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京律盟知識產權代理有限責任公司 11287
• 代理人: 林斯凱

技術領域

本發明涉及MOS晶體管，且更特定來說，涉及金屬柵極MOS晶體管及形成此類晶體管的方法。

背景技術

金屬氧化物半導體(MOS)晶體管是眾所周知的半導體裝置，其可實施為n溝道(NMOS)裝置或p溝道(PMOS)裝置。MOS晶體管具有由溝道分離的間隔開的源極區及漏極區以及位于所述溝道上方且通過柵極電介質層與所述溝道絕緣的柵極。金屬柵極MOS晶體管是一種利用金屬柵極及高k柵極電介質層的類型的MOS晶體管。

圖1圖解說明現有技術金屬柵極MOS晶體管100。MOS晶體管100包含半導體本體110，半導體本體110具有單晶硅襯底區112及接觸襯底區112的溝槽隔離結構114。另外，半導體本體110包含各自接觸襯底區112的源極120及漏極122。源極120及漏極122各自具有與襯底區112的導電性類型相反的導電性類型。源極120包含經輕摻雜區120L及經重摻雜區120H。類似地，漏極122包含經輕摻雜區122L及經重摻雜區122H。此外，襯底區112具有位于源極120與漏極122之間的溝道區124。

如圖1中所進一步展示，MOS晶體管100包含接觸溝道區124且位于溝道區124上方的高k柵極電介質結構126及接觸柵極電介質結構126且位于溝道區124上方的金屬柵極130。MOS晶體管100還包含接觸柵極電介質結構126且橫向環繞柵極130的側壁間隔件132。

MOS晶體管100另外包含接觸側壁間隔件132且位于源極120及漏極122上方的不導電互連電介質結構138。電介質結構138可用蝕刻止擋層140及接觸蝕刻止擋層140且位于蝕刻止擋層140上方的電介質層142來實施。

晶體管的閾值電壓是在溝道區的頂表面處形成反轉層所需的柵極電壓，其足以允許電流從源極區流動到漏極區。在NMOS晶體管的情況中，n型摻雜劑原子形成反轉層，而在PMOS晶體管的情況中，p型摻雜劑原子形成反轉層。

在操作中，關于NMOS晶體管，當存在正漏極到源極電壓V_DS且柵極到源極電壓V_GS比閾值電壓更正時，NMOS晶體管接通且電子從源極區流動到漏極區。當柵極到源極電壓V_GS比閾值電壓更負時，MOS晶體管關斷且無電子(除極小泄漏電流之外)從源極區流動到漏極區。

關于PMOS晶體管，當存在負漏極到源極電壓V_DS且柵極到源極電壓V_GS比閾值電壓更負時，PMOS晶體管接通且空穴從源極區流動到漏極區。當柵極到源極電壓V_GS比閾值電壓更正時，PMOS晶體管關斷且無空穴(除極小泄漏電流之外)從源極區流動到漏極區。

MOS晶體管100的問題之一是，高k柵極電介質結構126實質上增加了柵極到源極與柵極到漏極重疊電容。因此，需要一種減小與高k電介質結構相關聯的柵極到源極與柵極到漏極重疊電容的金屬柵極MOS晶體管。

發明內容

本發明提供一種減小柵極到源極與柵極到漏極重疊電容的金屬柵極MOS晶體管及形成所述晶體管的方法。

在所描述的實施例中，一種半導體結構包含具有一導電性類型的半導體區。所述半導體結構還包含各自接觸所述半導體區的源極及漏極。間隔開的源極及漏極各自具有與所述半導體區的導電性類型相反的導電性類型。所述半導體結構進一步包含所述半導體區的溝道區，所述溝道區位于所述源極與所述漏極之間。另外，所述半導體結構包含接觸所述溝道區且位于所述溝道區上方的柵極電介質及接觸所述柵極電介質且位于所述柵極電介質上方的金屬柵極。所述金屬柵極具有下部寬度及大于所述下部寬度的上部寬度。

替代地，所述半導體結構包含具有一導電性類型的半導體區。所述半導體結構還包含各自接觸所述半導體區的源極及漏極。間隔開的源極及漏極各自具有與所述半導體區的導電性類型相反的導電性類型。所述半導體結構進一步包含所述半導體區的溝道區，所述溝道區位于所述源極與所述漏極之間。另外，所述半導體結構包含接觸所述溝道區且位于所述溝道區上方的柵極電介質及接觸所述柵極電介質且位于所述柵極電介質上方的金屬柵極。此外，所述半導體結構包含接觸所述柵極電介質且橫向環繞所述柵極電介質及所述金屬柵極兩者的不導電側壁間隔件。所述不導電側壁間隔件的一部分垂直位于所述半導體區與所述金屬柵極正中間。