[發明專利]一種雙柵MOSFET結構

在審

• 申請號: 201810398766.8
• 申請日: 2018-04-28
• 公開（公告）號: CN108767011A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 郭宇鋒;張茂林;童祎;陳靜;李曼
• 申請（專利權）人: 南京郵電大學;南京郵電大學南通研究院有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/10
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 姚姣陽

一種雙柵MOSFET結構，包括：呈漸變厚度的溝道區，溝道區的厚度小的一側設有源區，其厚度大的一側設有漏區，源區遠離溝道區的側邊設有源極，漏區遠離溝道區的側邊設有漏極；相連的溝道區、源區和漏區的上、下表面分別覆蓋第一柵氧層和第二柵氧層，第一柵氧層覆蓋溝道區的部分的上表面設有第一柵極，第二柵氧層覆蓋溝道區的部分的下表面設有第二柵極，第一柵極和第二柵極構成雙柵結構。本發明所提供的器件結構既能有效地抑制短溝道效應，又能提高電流驅動能力，減小漏區的電場峰值；且工藝步驟相對簡單，可與現有CMOS工藝相兼容。

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種雙柵MOSFET結構。

背景技術

隨著集成電路的快速發展，芯片的性能和密度隨之不斷增加，這要求器件尺寸不斷縮小，然而當器件的尺寸縮小到一定程度時將引發短溝道效應。短溝道效應將會導致器件柵極的控制能力下降，從而引起閾值電壓的漂移和漏致勢壘降低效應，從而導致器件的靜態功耗增加。與此同時，縮小的器件尺寸將導致器件內部的電場升高，增加了熱載流子的生成，降低器件的可靠性。

據申請人了解，為了改善MOSFET的短溝道效應，研究人員提出了各種措施。文獻1，如Long W, Ou H, Kuo J M, et al. Dual-material gate (DMG) field effecttransistor[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1999, 46(5): 865-870提出了一種具有雙段柵結構的MOSFET。如圖1所示，1是第一段柵金屬，2是第二段柵金屬，3是柵氧層，4是源極，5是源區，6是襯底，7是漏區，8是漏極，9是襯底電極。該結構通過利用了兩種具有不同功函數的材料的特性，提高了柵極的控制能力，并且增強了電子的運輸特性。但是由于雙段柵的制造工藝十分繁瑣，因此其成本較高，不適合應用于超大規模集成電路中。

文獻2，如張哲誠，中國專利，201710288728.2，提出了一種FinFET結構的MOS晶體管。如圖2所示，1是柵極，2是柵氧層，3是源區，4是溝道區，5是漏區，6是襯底。該器件增加了柵極的數量，并且將溝道三維化，使得器件的有效溝道寬度增加的同時提高了柵極的控制能力，因此增大了電流驅動能力，并且有效地抑制了短溝道效應。然而由于溝道尺寸的下降，增加了器件內部的電場強度，從而降低器件的可靠性。

文獻3，如美國專利Colinge JP.Junctionless metal-oxide-semiconductortransistor:U.S.Patent8,178,862[P].2012-5-15提出了一種無結型場效應晶體管。如圖3所示，1是第一柵極，2是第一柵氧層，3是源極，4是源區，5是溝道區，6是漏區，7是漏極，8是第二柵氧層，9是第二柵極。該發明利用了耗盡區的特性來控制器件的開啟和關斷。由于不存在PN結，其制造工藝較為簡單。該結構的溝道和源漏區都需摻雜相同類型且濃度很高的雜質，然而載流子漲落效應，使得器件內部載流子濃度分布不一致，限制了該器件的大規模應用。

發明內容

本發明的目的在于：一種雙柵MOSFET結構，可以有效控制短溝道效應，提高電流的驅動能力，并能降低器件內部的電場峰值，提高器件的可靠性。

為了達到以上目的，一種雙柵MOSFET結構，包括：呈漸變厚度的溝道區，溝道區的厚度小的一側設有源區，其厚度大的一側設有漏區，源區遠離溝道區的側邊設有源極，漏區遠離溝道區的側邊設有漏極；相連的溝道區、源區和漏區的上、下表面分別覆蓋第一柵氧層和第二柵氧層，第一柵氧層覆蓋溝道區的部分的上表面設有第一柵極，第二柵氧層覆蓋溝道區的部分的下表面設有第二柵極，第一柵極和第二柵極構成雙柵結構。

本發明的優選方案是：溝道區的上、下兩表面的延長面必會相交。

優選地，溝道區、源區和漏區的材料為硅或鍺、鍺硅、砷化鎵、氮化鎵。

優選地，溝道區、源區和漏區的摻雜類型為P型或N型。