專(zhuān)利名稱(chēng)：準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸的不斷縮小，器件的泄漏電流成為器件縮小的主要障礙。近幾十年來(lái)，科研工作者不斷提出新的技術(shù)和器件結(jié)構(gòu)，比如SOI(Silicon-on-Insulator)技術(shù)，雙柵器件，三柵器件，Ω柵器件，甚至是圍柵器件。目的都是為了能減小器件的泄漏電流，增強(qiáng)器件的柵控能力。經(jīng)過(guò)近幾年的發(fā)展，雙柵器件逐漸脫穎而出，被科學(xué)界普遍認(rèn)為是最有可能被應(yīng)用在工業(yè)界的器件之一。雙柵器件具有非常完美的電學(xué)特性，例如很小的泄漏電流，很大的驅(qū)動(dòng)電流以及非常理想的亞閾特性。而FinFET一直被認(rèn)識(shí)實(shí)現(xiàn)雙柵結(jié)構(gòu)的最有效的方式(X.Huang，W.-C.Lee，C.Kuo，D.Hisamoto，L.Chang，J.Kedzierski，E.Anderson，H.Takeuchi，Y.-K.Choi，K.Asano，V.Subramanian，T.-J.King，J.Bokor，C.Hu，“Sub-50nm P-channel FinFET，”IEEE Trans.Electron Devices，vol.48，pp.880-886，May 2001.)。參考圖1，F(xiàn)inFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源、漏區(qū)3、隔離區(qū)6、體4以及兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的控制柵，源、漏區(qū)3與體4之間設(shè)有隔離區(qū)6，前柵1和后柵5均為多晶硅，前柵1與體4、后柵5與體4之間均設(shè)有柵氧2。對(duì)于FinFET，為了有效抑制其泄漏電流，隔離區(qū)(fin)的寬度必須不斷的減小，但fin的寬度如非常小，會(huì)造成FinFET的寄生串聯(lián)電阻很大，使其驅(qū)動(dòng)電流有所損失。例如對(duì)于10納米的FinFET，為了抑制其泄漏電流，其fin的寬度不能大于5納米，這在工藝上是很難實(shí)現(xiàn)的。而且隨著器件尺寸的減小，器件的熱電子效應(yīng)變得越來(lái)越嚴(yán)重，柵氧的可靠性問(wèn)題因此變得越來(lái)越嚴(yán)重，從而影響器件的大規(guī)模集成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了上述FinFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)缺陷，提供一種準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，既可以得到很低的泄漏電流和很高的驅(qū)動(dòng)電流的電學(xué)特性，器件的熱電子效應(yīng)又可以得到很大的緩解，從而更有利于大規(guī)模集成。
本發(fā)明的另一目的為緩解了對(duì)隔離區(qū)寬度的限制。
本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容一種準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括源、漏區(qū)、體以及前、后柵，源、漏區(qū)與體之間設(shè)有隔離區(qū)，其特征在于前柵為多晶硅，前柵與體之間設(shè)有柵氧，后柵為摻雜的單晶硅，后柵與體固定連接，形成P-N結(jié)。
體的寬度可控制在前、后柵長(zhǎng)度的3/5～1范圍。
隔離區(qū)的寬度可為前、后柵的長(zhǎng)度的2～4倍。
隔離區(qū)的長(zhǎng)度可控制在前、后柵的長(zhǎng)度的1～1.5倍。
源漏區(qū)摻雜濃度可為大于1×1020cm-3，摻雜效果為N+。
體摻雜濃度可控制在1×1013cm-3～1×1017cm-3之間，摻雜效果為P-。
隔離區(qū)摻雜濃度可大于1×1019cm-3，摻雜效果為N+。
前、后柵摻雜濃度可高于1×1020cm-3，摻雜效果為P+。
本發(fā)明的技術(shù)效果不同于傳統(tǒng)的FinFET場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)，兩個(gè)控制柵采用不同的結(jié)構(gòu)，其中后柵為摻雜的單晶硅，實(shí)現(xiàn)了控制柵與體直接連接，大大加強(qiáng)了器件的柵控能力，緩解了對(duì)隔離區(qū)寬度的限制，而且由于此控制柵提供了熱傳導(dǎo)的途徑，器件的熱電子效應(yīng)得到了很大的緩解；另一方面，由于前柵為普通的多晶硅柵，可以得到很高的驅(qū)動(dòng)電流，從而容易實(shí)現(xiàn)低漏電，高驅(qū)動(dòng)的良好性能。


下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)描述。
圖1為傳統(tǒng)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)示意圖。
1---前柵 2—柵氧 3—源、漏區(qū) 4---體 5---后柵 6---隔離區(qū)圖3為兩個(gè)不同的控制柵對(duì)器件性能的影響。
具體實(shí)施實(shí)例參考圖2，本發(fā)明準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源區(qū)3、漏區(qū)3、隔離區(qū)6、體4以及前柵1、后柵5，源、漏區(qū)3與體4之間設(shè)有隔離區(qū)6，前柵1為多晶硅，前柵1與體4之間設(shè)有一層?xùn)叛?，后柵5為摻雜的單晶硅，后柵5與體4直接連接，形成P-N結(jié)。由于后柵與體之間連接，體的寬度可控制在前、后柵長(zhǎng)度的3/5～1范圍，隔離區(qū)的寬度也可為前、后柵的長(zhǎng)度的2～4倍，隔離區(qū)的長(zhǎng)度可控制在前、后柵的長(zhǎng)度的1～1.5倍。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)參數(shù)如下以前、后柵長(zhǎng)度為15nm的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管為例，其中體的長(zhǎng)度為15nm，體的寬度為12nm，體摻雜雜質(zhì)為硼，形成P-摻雜效果，摻雜濃度為1×1013cm-3～1×1017cm-3之間；隔離區(qū)的寬度為30nm；隔離區(qū)的長(zhǎng)度為20nm，隔離區(qū)摻雜濃度可大于1×1019cm-3，摻雜效果為N+；源漏區(qū)長(zhǎng)度為80nm，源漏區(qū)的寬度為200nm，源漏區(qū)摻雜形成N+區(qū)，摻雜濃度為大于1×1020cm-3。前、后柵摻雜濃度可高于1×1020cm-3，摻雜效果為P+。前柵與體之間設(shè)置的柵氧，柵氧厚度為1nm。
根據(jù)上述準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的設(shè)計(jì)參數(shù)，采用4英寸400微米厚的N型<100>單拋光單晶硅片，電阻率2-4Ωcm，制備準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝過(guò)程及參數(shù)如下1、硅片清洗后進(jìn)行氧化，二氧化硅的厚度為30-40nm，淀積100-150nm氮化硅刻蝕凹槽，凹槽的寬度為40nm，注入雜質(zhì)硼，形成背柵N+區(qū)，退火后，形成1.0×1020厘米-3，且離單晶硅表面30nm；進(jìn)行閾值調(diào)整注入磷，注入深度為30nm，形成濃度為1×1015cm-3的體輕摻雜區(qū)；這兩個(gè)不同的摻雜形成本發(fā)明器件的特色柵控結(jié)構(gòu)——p-n結(jié)；2、柵氧化1納米，淀積多晶硅160nm，摻雜雜質(zhì)硼，退火后達(dá)到P+柵控區(qū)；3、化學(xué)拋光磨平至氮化硅；腐蝕氮化硅，清洗干凈；4、注入雜質(zhì)磷，退火后達(dá)到1.0×1020cm-3N+區(qū)，形成器件的源漏區(qū)；5、淀積鈍化層，開(kāi)接觸孔，金屬布線；6、淀積保護(hù)層，封裝。
與傳統(tǒng)的FinFET相比，本發(fā)明具有兩個(gè)不同類(lèi)型的控制柵，圖3給出了兩個(gè)不同的控制柵對(duì)器件性能的影響，可以清楚地看出兩個(gè)不同的柵的不同作用，其中后柵(P-N結(jié)柵)用來(lái)耗盡溝道區(qū)，抑制泄漏電流；前柵用來(lái)在溝道區(qū)產(chǎn)生反型層，產(chǎn)生大的驅(qū)動(dòng)電流。模擬中采用流體動(dòng)力學(xué)和量子效應(yīng)模型；復(fù)合模型采用了SRH、Auger、Band2band和Avalanche模型；遷移率模型采用了doping Dependence、Highfield saturation、Enormal和PhuMob模型。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，包括源、漏區(qū)、體以及前、后柵，源、漏區(qū)與體之間設(shè)有隔離區(qū)，其特征在于前柵為多晶硅，前柵與體之間通過(guò)柵氧連接，后柵為摻雜的單晶硅，后柵與體固定連接，形成P-N結(jié)。
2.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于體的寬度控制在前、后柵長(zhǎng)度的3/5～1范圍。
3.如權(quán)利要求1或2所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于隔離區(qū)的寬度為前、后柵的長(zhǎng)度的2～4倍。
4.如權(quán)利要求3所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于隔離區(qū)的長(zhǎng)度控制在前、后柵的長(zhǎng)度的1～1.5倍。
5.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于源漏區(qū)摻雜濃度為大于1×1020cm-3，摻雜效果為N+。
6.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于體摻雜濃度控制在1×1013cm-3～1×1017cm-3之間，摻雜效果為P--。
7.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于隔離區(qū)摻雜濃度為大于1×1019cm-3，摻雜效果為N+。
8.如權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于前、后柵摻雜濃度高于1×1020cm-3，摻雜效果為P+。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管，屬于微電子半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該準(zhǔn)雙柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括源、漏區(qū)、隔離區(qū)、體以及前、后柵，前柵為多晶硅，前柵與溝道區(qū)之間設(shè)有一層?xùn)叛?，后柵為摻雜的單晶硅，后柵與體直接固定連接，形成P－N結(jié)。與傳統(tǒng)的FinFET相比，本發(fā)明結(jié)構(gòu)具有兩個(gè)不同類(lèi)型的控制柵，其中后柵(P－N結(jié)柵)用來(lái)耗盡溝道區(qū)，抑制泄漏電流；前柵用來(lái)在溝道區(qū)產(chǎn)生反型層，產(chǎn)生大的驅(qū)動(dòng)電流。且本發(fā)明后柵與體直接連接，大大加強(qiáng)了器件的柵控能力，緩解了對(duì)隔離區(qū)寬度的限制。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1599076SQ20041000943
公開(kāi)日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月17日
發(fā)明者陳剛, 黃如, 張興, 王陽(yáng)元 申請(qǐng)人:北京大學(xué)