[發(fā)明專利]一種消除體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)影響的MOS器件結(jié)構(gòu)

有效

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• 申請日: 2017-08-24
• 公開（公告）號: CN107611168B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫超
• 申請（專利權(quán)）人: 長江存儲科技有限責(zé)任公司
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L29/78
• 代理公司: 北京辰權(quán)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11619
• 代理人: 董李欣

本發(fā)明提供了一種消除體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)影響的MOS器件結(jié)構(gòu)。該MOS器件包括：襯底、源區(qū)、柵極、漏區(qū)以及溝道區(qū)，所述源區(qū)、漏區(qū)以及溝道區(qū)作為有源區(qū)；且有源區(qū)兩側(cè)分別分布STI區(qū)；所述有源區(qū)兩側(cè)的STI區(qū)上表面分別設(shè)置導(dǎo)體電極，所述導(dǎo)體電極上施加電荷平衡電壓。本發(fā)明在不增加工藝步驟的基礎(chǔ)上，通過器件設(shè)計，來消除高壓MOS器件體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)的影響，減小窄溝道器件的體效應(yīng)，從而縮小芯片面積。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體元器件領(lǐng)域，更具體來說，涉及一種消除體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)影響的MOS器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

對于MOS集成器件而言，在電路工作時，其中各個MOSFET的襯底電位是時刻變化著的，如果對器件襯底的電位不加以控制的話，那么就有可能會出現(xiàn)場感應(yīng)結(jié)以及源-襯底結(jié)正偏的現(xiàn)象；一旦發(fā)生這種現(xiàn)象時，器件和電路即告失效。所以，對于集成器件中的MOSFET，需要在襯底與源區(qū)之間加上一個適當(dāng)高的反向電壓——襯偏電壓，以保證器件始終能夠正常工作。簡言之，襯偏電壓就是為了防止MOSFET的場感應(yīng)結(jié)以及源結(jié)和漏結(jié)發(fā)生正偏、而加在源-襯底之間的反向電壓。

但是，由于加上了襯偏電壓的緣故，就將要引起若干影響器件性能的現(xiàn)象和問題，這就是襯偏效應(yīng)(襯偏調(diào)制效應(yīng))，又稱為MOS器件的體效應(yīng)。具體來說，當(dāng)MOS管加上襯偏電壓時，由于體效應(yīng)的作用，會使MOS管的閾值電壓漂移，襯偏電壓越大，閾值電壓漂移越大。

在體效應(yīng)的作用機(jī)制中還存在窄溝道效應(yīng)的影響，在高壓MOS器件中，如圖1所示，其中柵極101兩側(cè)設(shè)有STI(淺溝槽隔離)區(qū)102，襯偏電壓較大時，寬度方向上STI區(qū)102下方會形成耗盡區(qū)103，寬度越小，STI下方的耗盡區(qū)占比就越大，因此MOS管的體效應(yīng)會隨著寬度的減小而變大，造成閾值電壓的漂移程度加劇。如圖2，示出了寬度從0.55*1.2到10*1.2的不同寬度的MOS管中因窄溝道效應(yīng)產(chǎn)生的體效應(yīng)因子的變化。

由于窄溝道效應(yīng)的影響，在有體效應(yīng)限制的電路中，只能用寬的MOS管，這樣會增加芯片面積，影響半導(dǎo)體器件的小型化。

現(xiàn)有技術(shù)中解決窄溝道效應(yīng)影響的手段較為復(fù)雜，例如，在淺溝槽側(cè)壁進(jìn)行離子注入，從而調(diào)整MOS管的開啟電壓，使MOS管的開啟電壓達(dá)到預(yù)期值，緩解閾值電壓隨寬度減小而遞減的趨勢。但是離子注入的解決方案只能緩解VTL/VTS等常規(guī)參數(shù)的窄溝道效應(yīng)，對體效應(yīng)的窄溝道效應(yīng)沒有好處。并且這些解決方案都會增加工藝步驟，提高M(jìn)OS器件制造的復(fù)雜度和成本。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供一種消除高壓MOS器件體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)影響的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在不增加工藝步驟的基礎(chǔ)上，通過器件設(shè)計，來消除高壓MOS器件體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)的影響，減小窄溝道器件的體效應(yīng)，從而縮小芯片面積。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種消除體效應(yīng)中窄溝道效應(yīng)影響的MOS器件結(jié)構(gòu)，包括：襯底、源區(qū)、柵極、漏區(qū)以及溝道區(qū)，所述源區(qū)、漏區(qū)以及溝道區(qū)作為有源區(qū)；且有源區(qū)兩側(cè)分別分布STI區(qū)；其特征在于，所述有源區(qū)兩側(cè)的STI區(qū)上表面分別設(shè)置導(dǎo)體電極，所述導(dǎo)體電極上施加電荷平衡電壓。

優(yōu)選的是，所述導(dǎo)體電極是沿與溝道區(qū)平行的方向且在STI區(qū)上表面延伸的導(dǎo)體條。

優(yōu)選的是，所述導(dǎo)體條的材料為多晶硅導(dǎo)體材料，或者金屬導(dǎo)體材料。

優(yōu)選的是，所述導(dǎo)體電極是與MOS器件本身的柵極或金屬層在同一工序中同時形成的。

優(yōu)選的是，在導(dǎo)體電極上施加的所述電荷平衡電壓的取值介于0伏到擊穿電壓值。