專利名稱：一種組合柵場效應晶體管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體器件，特別涉及一種場效應晶體管。
背景技術：
制造高速度、低功耗的半導體器件是半導體工藝的核心。在場效應晶體管的制備技術中，一個關鍵問題是要降低關態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開關比、盡可能減小由DIBL效應引起的閾值電壓漂移。解決這個問題對制造高速、低功耗的集成電路有重要意義。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種低靜態(tài)功耗、低關態(tài)電流、高電流開關比的場效應晶體管器件，為改善器件性能提供一個優(yōu)化的方向。
為實現上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案一種場效應晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內的場效應晶體管本體，所述源端和漏端設于所述襯底上的兩端，所述柵設于所述源端和漏端之間的襯底上，所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。
所述晶體管有三種結構polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
所述polypolym型場效應晶體管的特征為器件靠近源端以及中間部分的柵材料為多晶硅，靠近漏端的柵材料功函數為變量。
所述mpolypoly型場效應晶體管的特征為器件靠近漏端以及中間部分的柵材料為多晶硅，而靠近源端柵材料的功函數為變量。
所述mpolym型場效應晶體管的特征為器件的柵僅中間部分為多晶硅，靠近源、漏兩端柵材料的功函數均為變量。
所述晶體管溝道長度為100nm。
所述晶體管柵氧化層厚度為5nm。
所述晶體管源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結深為100nm。
所述晶體管輕摻雜漏(LDD)區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3，結深為50nm；所述晶體管襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。
所述組合柵場效應晶體管的優(yōu)選結構為mpolypoly型或mpolym型，適當提高靠近源端柵材料的功函數，降低靠近漏端柵材料的功函數。
在本發(fā)明中，所說的金屬功函數是指一個電子越過金屬和絕緣體接觸的表面勢壘時所需要的能量，即功函數Φm為真空能級E0和金屬的費米能級Efm之差，Φm＝E0-Efm。而半導體的功函數由能帶圖可得Φs=χs+Eg2+qΦf(eV)]]>(p型)；Φs=χs+Eg2-qΦf(eV)]]>(n型)其中，親和能χ為半導體和絕緣體接觸時的表面勢壘高度，即真空能級E0和導帶底能級Ec之差，χ＝E0-Ec。硅的費米勢Φf=Vtln(Nbni)(V).]]>本發(fā)明所提出的組合柵場效應晶體管，柵材料的功函數對器件特性影響的模擬結果表明適當提高靠近源端柵材料的功函數，降低靠近漏端柵材料的功函數能夠顯著降低器件的關態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開關比，當靠近源、漏兩端柵材料的功函數為一定值時，mpolypoly結構和mpolym結構的閾值電壓漂移有一個最小值。本發(fā)明為場效應晶體管器件的性能優(yōu)化、柵材料工程的優(yōu)化指明了一個方向。


圖1為本發(fā)明場效應晶體管的結構示意圖。
圖2為三種結構器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數變化對Ioff的影響的比較結果圖3為三種結構器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數變化對Ion的影響的比較結果圖4為三種結構器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數變化對的電流開關比的影響的比較結果圖5為三種柵結構器件的由DIBL效應引起的閾值電壓漂移的比較結果具體實施方式
以下結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細闡述。
如圖1所示，本發(fā)明所述組合柵場效應晶體管包括源端1、漏端2、柵、襯底4、柵氧化層9在內的場效應晶體管本體，源端1和漏端2設于襯底4上的兩端，柵設于源端1和漏端2之間的襯底4上，柵分為三個部分靠近源端的部分6、中間部分7以及靠近漏端的部分8；中間部分7為多晶硅材料。其中，溝道5的長度為100nm；柵氧化層厚度為5nm；源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結深為100nm；輕摻雜漏(LDD)區(qū)10的摻雜濃度為1×1019cm-3，結深為50nm；襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。用二維器件模擬軟件—ISE對器件的特性進行了模擬。
實施例1三種結構器件的靠近源、漏端柵材料功函數變化對Ioff的影響如圖2所示，對Ioff而言mpolypoly結構中，靠近源端柵材料功函數越高，Ioff越小；mpolym結構中，靠近源、漏兩端柵材料的功函數都同時變小，Ioff降低很多，但好處相對mpolypoly結構而言不大；而在polypolym結構中，靠近漏端柵材料的功函數的變化對Ioff基本上沒有影響。三條曲線的交點即為柵材料是多晶硅的常規(guī)器件結構情況。所以可以看出，mpolypoly結構和mpolym結構均顯示了優(yōu)于常規(guī)結構器件的特性。當靠近源、漏兩端柵材料的功函數為5.6時，mpolypoly結構和mpolym結構器件的Ioff要比常規(guī)結構器件的Ioff小將近6個量級。而polypolym結構的Ioff與常規(guī)結構的Ioff差別不大。
實施例2三種結構器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數變化對Ion的影響如圖3所示，對Ion而言polypolym結構中，靠近漏端柵材料功函數越低越好；在mpolypoly結構中，靠近源端柵材料的功函數越低越好；mpolym結構中，靠近源、漏兩端柵材料的功函數同時變低也很好，但是和mpolypoly結構相差不多。又由縱坐標可知，三種結構Ion的變化均是同一量級上的變化。當靠近源、漏兩端柵材料的功函數大于4.64時，雖然mpolypoly結構和mpolym結構的Ion小于常規(guī)結構器件，但是它的變化很小，對器件的工作速度影響不大。而polypolym結構的Ion與常規(guī)結構相比幾乎沒有變化。
實施例3三種結構器件的靠近源、漏兩端柵材料功函數變化對電流開關比的影響圖4為三種結構器件的電流開關比的比較結果。當靠近源、漏兩端柵材料的功函數大于4.64時，mpolypoly結構和mpolym結構器件的電流開關比要大于常規(guī)結構及polypolym結構器件。當靠近源、漏兩端柵材料的功函數為5.6時，polypolym結構器件的電流開關比比其他兩種結構低將近6個量級。
綜上，要降低器件的關態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開關比，一個非常有效的方法就是適當提高靠近源端柵材料的功函數，降低靠近漏端柵材料的功函數。這一點為柵材料工程提供了優(yōu)化的方向。
實施例4三種柵結構器件的DIBL效應的比較結果圖5為三種柵結構器件的DIBL效應的比較結果?？梢钥闯觯趐olypolym結構中，隨靠近漏端柵材料功函數的增加，由DIBL效應引起的閾值電壓漂移顯著增大；而在mpolypoly和mpolym結構中，隨靠近源、漏兩端柵材料功函數的變化，DIBL效應對這兩種結構器件的閾值電壓漂移的影響不大。當靠近源、漏兩端柵材料的功函數為5.6時，polypolym結構的由DIBL效應引起的閾值電壓漂移比其他兩種柵結構器件的閾值電壓漂移大500多mV。而當靠近源、漏兩端柵材料的功函數為5.0時，mpolypoly和mpolym結構的閾值電壓漂移有一個最小值。
由實施例1、2、3、4可知要降低器件的關態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開關比，一個非常有效的方法就是適當提高靠近源端柵材料的功函數，降低靠近漏端柵材料的功函數；且通過調整靠近源、漏兩端柵材料的功函數，可以使由DIBL效應引起的閾值電壓漂移有一個最小值。
權利要求
1.一種場效應晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內的場效應晶體管本體，所述源端和漏端設于所述襯底上的兩端，所述柵設于所述源端和漏端之間的襯底上，其特征在于所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。
2.根據權利要求1所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述場效應晶體管為有三種結構polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
3.根據權利要求1所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述場效應晶體管源漏區(qū)摻雜濃度為1×1020cm-3，結深為100nm。
4.根據權利要求1所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述場效應晶體管LDD區(qū)的摻雜濃度為1×1019cm-3，結深為50nm。
5.根據權利要求1所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述場效應晶體管襯底的摻雜濃度為1×1018cm-3。
6.根據權利要求1、2、3、4、5所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述場效應晶體管為polypolym型、mpolypoly型、以及mpolym型。
7.根據權利要求6所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述polypolym型場效應晶體管的靠近源端柵材料為多晶硅。
8.根據權利要求6所述的一種場效應晶體管，其特征在于所述mpolypoly型場效應晶體管的靠近漏端漏材料為多晶硅。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種場效應晶體管，目的是提供一種低靜態(tài)功耗、低關態(tài)電流、高電流開關比的場效應晶體管器件。本發(fā)明的技術方案為一種場效應晶體管，包括柵、源端、漏端和襯底在內的場效應晶體管本體，所述源端和漏端設于所述襯底的兩端，所述柵設于所述源端和漏端之間的襯底，所述柵分為三部分，分別為靠近源端部分柵，靠近漏端部分柵，和中間部分柵，所述中間部分柵為多晶硅材料。對本發(fā)明的模擬結果表明適當提高靠近源端柵材料的功函數，降低靠近漏端柵材料的功函數能夠顯著降低器件的關態(tài)泄漏電流，減小器件的靜態(tài)功耗，提高器件的電流開關比，當源、漏端的功函數為一定值時，mpolypoly結構和mpolym結構的由DIBL效應引起的閾值電壓漂移有一個最小值。
文檔編號H01L29/772GK1527398SQ0310508
公開日2004年9月8日 申請日期2003年3月6日 優(yōu)先權日2003年3月6日
發(fā)明者楊勝齊, 劉文安, 黃如, 王文平, 張興, 王陽元 申請人:北京大學