專(zhuān)利名稱(chēng)：耗盡型mos晶體管及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種耗盡型MOS晶體管及其形成方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)導(dǎo)電溝道(channel)的類(lèi)型,MOS(metal-oxide-semiconductor)晶體管可分為P型MOS晶體管和N型MOS晶體管；根據(jù)溝道與電壓的關(guān)系，MOS晶體管可分為增強(qiáng)型MOS晶體管(enhanced MOS transistor)和耗盡型MOS 晶體管(depleted MOS transistor)。當(dāng)增強(qiáng)型MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓差為零時(shí)，增強(qiáng)型MOS晶體管不能開(kāi)啟工作，故增強(qiáng)型MOS晶體管又可稱(chēng)為常閉型MOS晶體管；當(dāng)耗盡型MOS晶體管的柵極與源極之間的電壓差為零時(shí)，耗盡型MOS晶體管能夠開(kāi)啟工作，故耗盡型MOS晶體管又可稱(chēng)為常開(kāi)型MOS晶體管。結(jié)合圖1至圖3所示，現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管包括:半導(dǎo)體襯底1，襯底I內(nèi)具有阱區(qū)2，阱區(qū)2的摻雜類(lèi)型為P型；位于部分阱區(qū)2內(nèi)的摻雜區(qū)3，摻雜區(qū)3的摻雜類(lèi)型為N型；位于襯底I上的柵介質(zhì)層4及位于柵介質(zhì)層4上方的柵極5 ;位于柵極5兩側(cè)的部分阱區(qū)2內(nèi)的源極6和漏極7，源極6和漏極7的摻雜類(lèi)型為N型，位于源極6與漏極7之間的柵極5覆蓋摻雜區(qū)3。

上述耗盡型NMOS晶體管的工作原理如下:當(dāng)晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差Ves等于O時(shí)，由于晶體管的初始導(dǎo)電溝道(即為摻雜區(qū)3)已經(jīng)存在，故只要源極6與漏極7之間存在電壓差就有漏極電流Id存在，這種條件下的漏極電流也稱(chēng)之為飽和電流IDSS。當(dāng)晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差Ves大于O時(shí)，柵極5與半導(dǎo)體襯底I之間的電場(chǎng)將使溝道中感應(yīng)出更多的電子，使得溝道變厚，即溝道的電阻減小，從而使得漏極電流Id增大。當(dāng)晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差Ves小于O時(shí)，會(huì)在阱區(qū)2表面形成一個(gè)耗盡層，使得溝道變窄，即溝道的電阻增大，從而使得漏極電流Id減小。當(dāng)晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差Ves負(fù)到一定程度時(shí)，耗盡層擴(kuò)展到整個(gè)溝道，使得溝道完全被夾斷(耗盡)，這時(shí)即使源極6與漏極7之間存在電壓差也不會(huì)有漏極電流Id產(chǎn)生，此時(shí)晶體管的柵極5與源極6之間的電壓差Ves稱(chēng)為晶體管的夾斷電壓(VP)。依據(jù)上述分析可知，耗盡型NMOS晶體管的夾斷電壓小于0，耗盡型PMOS晶體管的夾斷電壓大于O。由于多種因素的綜合影響，耗盡型MOS晶體管在工作時(shí)其溝道實(shí)際上并不可能完全被夾斷，即耗盡型MOS晶體管的漏極電流Id不可能達(dá)到真正的O狀態(tài)，因此，在實(shí)際應(yīng)用中，當(dāng)耗盡型MOS晶體管的漏極電流很接近O時(shí)我們即認(rèn)為此時(shí)晶體管柵極與源極之間的電壓差稱(chēng)為耗盡型MOS晶體管的夾斷電壓，此時(shí)所產(chǎn)生的漏極電流稱(chēng)為晶體管的關(guān)態(tài)電流10ffo與此相對(duì)地，對(duì)于NMOS而言，當(dāng)Ves大于O且Ves是夾斷電壓的某一倍數(shù)(不小于I)時(shí)所產(chǎn)生的漏極電流稱(chēng)為開(kāi)態(tài)電流Im ;對(duì)于PMOS而言，當(dāng)Ves小于O且Ves的絕對(duì)值是夾斷電壓的某一倍數(shù)(不小于I)時(shí)所產(chǎn)生的漏極電流稱(chēng)為開(kāi)態(tài)電流I 。晶體管的關(guān)態(tài)電流Itjff實(shí)際上是晶體管的漏電流，當(dāng)晶體管的關(guān)態(tài)電流越小則表示晶體管的功耗越小，因此，對(duì)于耗盡型MOS晶體管而言常將其開(kāi)關(guān)電流比1 /1。 作為表征其性能的一個(gè)重要參數(shù)，晶體管的開(kāi)關(guān)電流比1 /1。 越大，則表示晶體管的功耗越小。為了提高耗盡型MOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比ImAtjff，業(yè)界進(jìn)行了多種嘗試，其中一種方案是通過(guò)增加晶體管的開(kāi)態(tài)電流Im來(lái)提高耗盡型MOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比ImZXff,但實(shí)際發(fā)現(xiàn)當(dāng)晶體管的開(kāi)態(tài)電流Im增加時(shí)，晶體管的關(guān)態(tài)電流1。 也會(huì)相應(yīng)增加，導(dǎo)致耗盡型MOS晶體管的功耗增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是在提高耗盡型MOS晶體管開(kāi)關(guān)電流比的同時(shí)會(huì)相應(yīng)增加晶體管的關(guān)態(tài)電流，導(dǎo)致耗盡型MOS晶體管的功耗增加。為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種耗盡型MOS晶體管的形成方法，其包括:提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有阱區(qū)；在部分所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)和阱區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，且所述摻雜區(qū)的數(shù)量至少為一個(gè)；在所述襯底上形成柵極；在所述柵極兩側(cè)的部分阱區(qū)內(nèi)形成源極和漏極，位于所述源極和漏極之間的柵極中，一部分柵極覆蓋所述摻雜區(qū)，另一部分柵極覆蓋所述阱區(qū)，所述源極、漏極和摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同?？蛇x地，所述摻雜區(qū)的數(shù)量為兩個(gè)以上，且兩個(gè)以上的所述摻雜區(qū)沿柵極延伸方向間隔排列。可選地，所述摻雜區(qū)還延伸至所述源極、漏極所在的區(qū)域?？蛇x地，在部分所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)的方法包括:在所述襯底上形成圖形化掩模層，部分所述阱區(qū)被所述圖形化掩模層覆蓋?。灰运鰣D形化掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，以在未被所述圖形化掩模層覆蓋住的阱區(qū)內(nèi)形成所述摻雜區(qū)；去除所述圖形化掩模層。可選地，所述圖形化掩模層為圖形化光刻膠層?？蛇x地，所述耗盡型MOS晶體管為NMOS晶體管，利用離子注入工藝形成所述阱區(qū)，形成所述阱區(qū)的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為硼，注入離子劑量為lE12/cm2-lE13/cm2，注入離子能量為10keV-100keV?？蛇x地，利用離子注入工藝形成所述摻雜區(qū)，形成所述摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注入離子劑量為lE12/cm2-lE13/cm2，注入離子能量為10keV_80keV?？蛇x地，利用離子注入工藝形成所述源極及漏極，形成所述源極及漏極的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注 入離子劑量為lE14/cm2-lE15/cm2，注入離子能量為10keV-70keVo另外，本發(fā)明還提供了一種耗盡型MOS晶體管，其包括:半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有阱區(qū)；位于部分所述阱區(qū)內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)和阱區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，且所述摻雜區(qū)的數(shù)量至少為一個(gè)；位于所述襯底上的柵極；
位于所述柵極兩側(cè)的部分阱區(qū)內(nèi)的源極和漏極，位于所述源極和漏極之間的柵極中，一部分柵極覆蓋所述摻雜區(qū)，另一部分柵極覆蓋所述阱區(qū)，所述源極、漏極和摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同?？蛇x地，所述摻雜區(qū)的數(shù)量為兩個(gè)以上，且兩個(gè)以上的所述摻雜區(qū)沿柵極延伸方向間隔排列?？蛇x地，所述摻雜區(qū)還延伸至所述源極、漏極所在的區(qū)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明所提供的耗盡型MOS晶體管中，由于位于源極和漏極之間的柵極中，部分柵極覆蓋阱區(qū)，另一部分柵極覆蓋摻雜區(qū)，故增加了晶體管溝道的等效電阻，從而減小了耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流及關(guān)態(tài)電流。通過(guò)調(diào)節(jié)晶體管中摻雜區(qū)的厚度及摻雜濃度、位于源極和漏極之間的柵極所覆蓋所有摻雜區(qū)的寬度總和與源極(或漏極)寬度之比，可以使耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻的增大量保持適中，從而使耗盡型MOS晶體管的關(guān)態(tài)電流減小幅度大于開(kāi)態(tài)電流減小幅度，進(jìn)而在減少晶體管功耗的同時(shí)提高耗盡型MOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比。


圖1至圖3是現(xiàn)有一種耗盡型MOS晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖2是沿圖1中AA截面的剖面圖，圖3是沿圖1中BB截面的剖面圖；圖4至圖11是本發(fā)明的實(shí)施方式一中耗盡型MOS晶體管在各個(gè)制作階段的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖4至圖8是耗盡型MOS晶體管的俯視圖，圖9是沿圖8中AA截面的剖面圖，圖10是沿圖8中BB截面的剖面圖，圖11是沿圖8中CC截面的剖面圖；圖12是一種晶體管溝道的等效結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是在一種測(cè)試條件下實(shí)施方式一中耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與漏極電流及現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與漏極電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖14是在一種測(cè)試條件下實(shí)施方式一中耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與溝道等效電阻及現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與溝道等效電阻之間的關(guān)系曲線(xiàn)圖；圖15是本發(fā)明實(shí)施方式二中一種摻雜區(qū)的形狀及摻雜區(qū)在阱區(qū)中的具體分布示意圖；圖16是本發(fā)明實(shí)施方式二中另一種摻雜區(qū)的形狀及摻雜區(qū)在阱區(qū)中的具體分布示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，通過(guò)具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整的描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的可實(shí)施方式的一部分，而不是其全部。根據(jù)這些實(shí)施例，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下可獲得的所有其它實(shí)施方式，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施方式一如圖4所示，首先執(zhí)行步驟S1:提供半導(dǎo)體襯底100，襯底100內(nèi)具有阱區(qū)110。半導(dǎo)體襯底100可為體硅襯底(bulk silicon)、絕緣體上硅襯底(SOI)等常用的襯底。半導(dǎo)體襯底100內(nèi)具有阱區(qū)110，在本實(shí)施例中以耗盡型NMOS晶體管為例，故阱區(qū)110的摻雜類(lèi)型為P型。在本實(shí)施例中，阱區(qū)110的形成方法包括:在半導(dǎo)體襯底100上形成圖形化光刻膠層(未圖示)，以圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在半導(dǎo)體襯底100內(nèi)形成阱區(qū)110。其中，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，離子注入形成阱區(qū)110的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為硼，注入離子劑量為lE12/cm2-lE13/cm2，注入離子能量為10keV-100keV。如圖5至圖6所示，接著執(zhí)行步驟S2:在部分阱區(qū)110內(nèi)形成摻雜區(qū)130。摻雜區(qū)130的數(shù)量至少為一個(gè)。摻雜區(qū)130的摻雜類(lèi)型與阱區(qū)110相反，在本實(shí)施例中，摻雜區(qū)130的摻雜類(lèi)型為N型。在本實(shí)施例中，在部分阱區(qū)110內(nèi)形成摻雜區(qū)130的方法包括:如圖5所示，在半導(dǎo)體襯底100上形成圖形化掩模層120，僅部分阱區(qū)110被圖形化掩模層120覆蓋住，同時(shí)，圖形化掩模層120還將半導(dǎo)體襯底100上阱區(qū)110以外的區(qū)域(未圖示)也覆蓋住，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，圖形化掩模層120為圖形化光刻膠層；參考圖6，以圖形化掩模層120為掩模進(jìn)行離子注入，以在未被圖形化掩模層120覆蓋住的阱區(qū)110內(nèi)形成摻雜區(qū)130，摻雜區(qū)130的厚度(垂直于半導(dǎo)體襯底表面方向上的尺寸)小于阱區(qū)110的厚度，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，離子注入形成摻雜區(qū)130的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注入離子劑量為1E12/cm2-lE13/cm2,注入離子能量為10keV_80keV ;然后，去除圖形化掩模層120,由于圖形化掩模層120為圖形化光刻膠層，故在此步驟中可利用灰化的方法去除圖形化掩模層120。在上述實(shí)施例中，圖形化掩模層120也可利用其它材料制成，只要保證在離子注入步驟中圖形化掩模層120能夠防止離子注入到被圖形化掩模層120覆蓋住的阱區(qū)110內(nèi)即可。由上述可知，由于僅在部分阱區(qū)110內(nèi)形成有摻雜區(qū)130，故在平行于半導(dǎo)體襯底100表面方向上阱區(qū)110和摻雜區(qū)130也呈相鄰設(shè)置，且彼此相接觸。而阱區(qū)110與摻雜區(qū)130的摻雜類(lèi)型相反，故阱區(qū)110及摻雜區(qū)130可形成多個(gè)(一個(gè)或以上)PN結(jié)。如圖7所示，接著執(zhí)行步驟S3:在半導(dǎo)體襯底100上形成晶體管的柵極150。在形成柵極150之前，還包括形成晶體管柵介質(zhì)層140 (結(jié)合圖9或圖10所示)的步驟。在本實(shí)施例中，柵介質(zhì)層140的材料為氧化硅，柵極150的材料為多晶硅，柵介質(zhì)層140及柵極150的形成方法包括:利用熱氧化的方法在半導(dǎo)體襯底100上形成氧化硅層；然后利用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法在氧化硅層上形成多晶硅層；在多晶硅層上形成圖形化光刻膠層，以圖形化光刻膠層為掩模對(duì)所述多晶硅層及氧化硅層進(jìn)行刻蝕，以形成柵極150及柵介質(zhì)層140。在其它實(shí)例中，柵極150及柵介質(zhì)層140也可利用其它方法及材料形成。如圖8至圖11所示，其中，圖9是沿圖8中AA截面的剖面圖，圖10是沿圖8中BB截面的剖面圖，圖11是沿圖8中CC截面的剖面圖，接著執(zhí)行步驟S4:在柵極150兩側(cè)的部分阱區(qū)110內(nèi)形成源極160和漏極170，位于源極160和漏極170之間的柵極150中，一部分柵極150覆蓋摻雜區(qū)130，另一部分柵極150覆蓋阱區(qū)110。源極160及漏極170的摻雜類(lèi)型與阱區(qū)110的摻雜類(lèi)型相反，與摻雜區(qū)130的摻雜類(lèi)型相同。在本實(shí)施例中，源極160及漏極170的摻雜類(lèi)型為N型。
在本實(shí)施例中，利用離子注入工藝形成源極160及漏極170，該方法包括:在半導(dǎo)體襯底100上形成圖形化光刻膠層(未圖示)，所述圖形化光刻膠層將半導(dǎo)體襯底100上除柵極150外的不需要形成源極160及漏極170的區(qū)域覆蓋住；然后以所述圖形化光刻膠層為掩模進(jìn)行離子注入，以在柵極150兩側(cè)形成源極160及漏極170，在離子注入過(guò)程中柵極150能防止注入離子進(jìn)入到柵極150正下方的半導(dǎo)體襯底100內(nèi)，在一個(gè)具體的實(shí)施例中，形成源極160及漏極170的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注入離子劑量為lE14/cm2-lE15/cm2，注入離子能量為10keV-70keV。形成源極160及漏極170之后，可進(jìn)行退火處理，以修復(fù)在離子注入過(guò)程中引入的損傷。位于源極160和漏極170之間的柵極150中，部分柵極150下方覆蓋的為阱區(qū)110，另一部分柵極150下方覆蓋的為摻雜區(qū)130，且柵極150下方可覆蓋一個(gè)以上的摻雜區(qū)130。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜區(qū)130的數(shù)量為兩個(gè)以上，且兩個(gè)以上的摻雜區(qū)130沿柵極150延伸方向(圖8中箭頭DD所示方向)間隔排列。在一個(gè)實(shí)施例中，如圖7及圖8所示，摻雜區(qū)130不僅被位于源極160和漏極170之間的柵極150覆蓋，摻雜區(qū)130還延伸至源極160、漏極170所在的區(qū)域。由上述可知，利用本發(fā)明提供方法所形成的耗盡型MOS晶體管與現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管存在以下區(qū)別:參照?qǐng)D1至圖3所示，現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管中，位于源極6與漏極7之間的柵極5下方覆蓋的均為摻雜區(qū)3 (圖1中虛線(xiàn)部分所示)；而本發(fā)明的耗盡型MOS晶體管中，參照?qǐng)D8至圖11所示，位于源極160與漏極170之間的柵極150中，部分柵極150下方覆蓋的為摻雜區(qū)130，另一部分柵極150下方覆蓋的為阱區(qū)110。由前面所述的耗盡型MOS晶體管的工作原理可知，當(dāng)施加給耗盡型MOS晶體管柵極與源極之間的電壓差Ves變化時(shí)，晶體管的溝道電阻會(huì)發(fā)生變化。而電阻的計(jì)算公式為R=pL/S，S=aXb，對(duì)于晶體管的溝道而言，該公式中的參數(shù)L、a、b分別表示為圖12中的尺寸，其中，所述L表示溝道長(zhǎng)度，其是垂直于源極或漏極寬度w尺寸方向上的尺寸，所述a表示溝道寬度，其是平行于源極或漏極寬度w尺寸方向上的尺寸，所述b表示溝道厚度，其是垂直于源極或漏極寬度w尺寸方向上的尺寸。在此基礎(chǔ)上，假設(shè)利用現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管形成方法所形成耗盡型MOS晶體管中溝道的電阻表示為R1=P，而利用本發(fā)明所提供耗盡型MOS晶體管形成方法所形成耗盡型MOS晶體管中溝道的電阻表示為R2=P 2L2/a2b2。參照?qǐng)D12所示，定義源極及漏極的寬度為W，則對(duì)于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管而言，由于該晶體管中位于源極與漏極之間的柵極下方覆蓋的均為摻雜區(qū)，故可認(rèn)為其溝道寬度％等于源極及漏極的寬度w ;則對(duì)于本發(fā)明耗盡型MOS晶體管而言，由于該晶體管中位于源極與漏極之間的柵極中，部分柵極下方覆蓋的為摻雜區(qū)，另一部分柵極下方覆蓋的為阱區(qū)，其中僅有摻雜區(qū)能形成溝道，故可認(rèn)為其溝道等效寬度a2小于源極及漏極的寬度w，故在其它條件均相同的情況下，所述條件是指:兩種晶體管的摻雜區(qū)摻雜濃度相等，即P1等于P2，兩種晶體管的摻雜區(qū)厚度相等，即匕等于b2，兩種晶體管的溝道長(zhǎng)度相等，即L1等于L2,由于本發(fā)明耗盡型MOS晶體管的等效溝道寬度a2小于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管的溝道寬度a1;故本發(fā)明耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻R2大于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻R1,因此當(dāng)兩種晶體管的夾斷電壓相等時(shí)，本發(fā)明耗盡型MOS晶體管的關(guān)態(tài)電流Itxff小于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管的關(guān)態(tài)電流Itjff,本發(fā)明耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流Im也小于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流I 。但是，如上所述，本發(fā)明所提供耗盡型MOS晶體管中，位于源極160與漏極170之間的柵極150中，部分柵極150下方覆蓋的為摻雜區(qū)130，另一部分柵極150下方覆蓋的為阱區(qū)110，其中僅有摻雜區(qū)130能形成溝道，阱區(qū)110無(wú)法形成溝道，但由于阱區(qū)110與摻雜區(qū)130構(gòu)成了 PN結(jié)，故當(dāng)該晶體管處于開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，作為PN結(jié)的其中一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)(P型半導(dǎo)體區(qū)或N型半導(dǎo)體區(qū)，在本實(shí)施例中該區(qū)為N型半導(dǎo)體區(qū))的摻雜區(qū)130寬度W1 (結(jié)合圖8所示)會(huì)增加，進(jìn)而使得溝道等效寬度a2有所增加(但溝道等效寬度a2仍小于源極及漏極的寬度w)，導(dǎo)致本發(fā)明耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻R2相應(yīng)有所減小(但溝道等效電阻R2仍大于現(xiàn)有耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻R1X因此，基于以上所述，在一方面，可以通過(guò)調(diào)節(jié)晶體管摻雜區(qū)130的厚度及摻雜濃度、位于源極160和漏極170之間的柵極150所覆蓋所有摻雜區(qū)130的寬度W1總和與源極(或漏極)寬度w之比，來(lái)增大耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻，以大幅度的減小關(guān)態(tài)電流1ff ;但是，另一方面，在調(diào)節(jié)晶體管摻雜區(qū)130的厚度及摻雜濃度、位于源極160和漏極170之間的柵極150所覆蓋所有摻雜區(qū)130的寬度W1總和與源極(或漏極)寬度w之比，以增大耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻的同時(shí)，又不能使耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻增大過(guò)多，以避免開(kāi)態(tài)電流1。 減小的幅度過(guò)大，因此，耗盡型MOS晶體管溝道等效電阻的增大量需折中考慮。在此條件下，若耗盡型MOS晶體管的關(guān)態(tài)電流Itjff減小的幅度大于開(kāi)態(tài)電流Im減小的幅度，則能保證開(kāi)關(guān)電流比的提高。例如，當(dāng)耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流Im減小至原開(kāi)態(tài)電流的二分之一，但其關(guān)態(tài)電流Itjff減小至原關(guān)態(tài)電流的五分之一時(shí)，其開(kāi)關(guān)電流比仍提高了二點(diǎn)五倍。在本實(shí)施例中，由于位于源極160和漏極170之間的柵極150下方覆蓋有兩個(gè)相同的摻雜區(qū)130,故應(yīng)考慮Zw1與w之比。在一個(gè)具體的實(shí)施例中，寬度W1總和與源極(或漏極)寬度w之比為10%至90%。實(shí)驗(yàn)證明，利用本實(shí)施例方法所形成耗盡型NMOS晶體管的夾斷電壓(小于O伏)與現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的夾斷電壓幾乎相等，均約為-2V。如圖13所示，曲線(xiàn)SI為本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與漏極電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)，曲線(xiàn)S2為現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與漏極電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)，該圖橫坐標(biāo)表示柵極電壓、縱坐標(biāo)表示經(jīng)過(guò)歸一化處理(normalized)的漏極電流，測(cè)試條件為:漏極電壓為2.5V，源極及半導(dǎo)體襯底電壓為-2.5V，柵極電壓從-4.5V至2.5V變化。從該圖可以獲知耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電源與關(guān)態(tài)電流，比較可知，兩者的開(kāi)態(tài)電流比較接近(本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流稍小于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流)，在本實(shí)施例中，定義柵源電壓差大于O且為夾斷電壓的2倍時(shí)所產(chǎn)生的漏極電流為開(kāi)態(tài)電流，此時(shí)柵極電壓為1.5V。但本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流Itjff卻遠(yuǎn)小于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流Itjff丨，理由如下:由于晶體管的夾斷電壓等于-2V，而源極電壓為-2.5V，故此時(shí)柵極電壓為-4.5V，本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流為Itjff，現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流為Itjff丨，如圖13所示，1ff丨幾乎是Itjff的10的4.5次方倍。因此，在本實(shí)施例耗盡型NMOS晶體管夾斷電壓與現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管夾斷電壓幾乎相等的前提下，雖然本實(shí)施例耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流及關(guān)態(tài)電流均有所減小， 但關(guān)態(tài)電流減小的幅度大于開(kāi)態(tài)電流減小的幅度，因此本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比仍大于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比，且由于本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流小于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流，故在提聞開(kāi)關(guān)電流比的同時(shí)減小了耗盡型MOS晶體管的功耗?；蛘邠Q個(gè)角度來(lái)看，如圖14所示，曲線(xiàn)S3為本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與溝道等效電阻之間的關(guān)系曲線(xiàn)，曲線(xiàn)S4為現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的柵極電壓與溝道等效電阻之間的關(guān)系曲線(xiàn)，該圖橫坐標(biāo)表示柵極電壓、縱坐標(biāo)表示溝道等效電阻，測(cè)試條件為:漏極電壓為2.5V，源極及半導(dǎo)體襯底電壓為-2.5V，柵極電壓從-4.5V至2.5V變化。從圖14可以獲知:在開(kāi)啟狀態(tài)下本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的溝道等效電阻稍大于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的溝道等效電阻，在本實(shí)施例中，所述開(kāi)啟狀態(tài)定義為:柵源電壓差大于O且為夾斷電壓的2倍，即此時(shí)柵極電壓為1.5V。但在關(guān)閉狀態(tài)下本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的溝道等效電阻卻遠(yuǎn)大于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的溝道等效電阻，理由如下:由于晶體管的夾斷電壓等于-2V，而源極電壓為-2.5V，故此時(shí)柵極電壓為-4.5V，本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管在關(guān)閉狀態(tài)下的溝道等效電阻為Rtjff，現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管在關(guān)閉狀態(tài)下的溝道等效電阻為Rtjff丨，如圖14所示，Rtjff幾乎是Rtjff丨的10的4.5次方倍。因此，根據(jù)晶體管漏極電流與溝道等效電阻之間呈反比可知，本實(shí)施例耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流及關(guān)態(tài)電流均有所減小，但關(guān)態(tài)電流減小的幅度大于開(kāi)態(tài)電流減小的幅度，因此本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比仍大于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比，且由于本實(shí)施例中耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流小于現(xiàn)有耗盡型NMOS晶體管的關(guān)態(tài)電流，故在提高開(kāi)關(guān)電流比的同時(shí)減小了耗盡型MOS晶體管的功耗。在上述耗盡型MOS晶體管形成方法的基礎(chǔ)上，本實(shí)施方式還提供了一種耗盡型MOS晶體管,結(jié)合圖8至圖11所示,該晶體管包括:半導(dǎo)體襯底100，半導(dǎo)體襯底100內(nèi)具有阱區(qū)110 ；位于部分阱區(qū)110內(nèi)的摻雜區(qū)130，摻雜區(qū)130和阱區(qū)110的摻雜類(lèi)型相反，且摻雜區(qū)130的數(shù)量至少為一個(gè)；位于半導(dǎo)體襯底100上的柵極150 ；位于柵極150兩側(cè)的部分阱區(qū)110內(nèi)的源極160和漏極170，位于源極160和漏極170之間的柵極150中，一部分柵極150覆蓋摻雜區(qū)130，另一部分柵極150覆蓋阱區(qū)110，源極160、漏極170和摻雜區(qū)130的摻雜類(lèi)型相同。本實(shí)施方式是以耗盡型NMOS晶體管為例，當(dāng)形成耗盡型PMOS晶體管時(shí)可以將上述實(shí)施例中阱區(qū)、摻雜區(qū)、源極及漏極的摻雜類(lèi)型調(diào)整為相反的摻雜類(lèi)型。實(shí)施方式二實(shí)施方式一中摻雜區(qū)的形狀及摻雜區(qū)在阱區(qū)中的具體分布并不能僅僅局限于上述實(shí)施例，例如，實(shí)施方式一的一個(gè)實(shí)施例中講區(qū)內(nèi)形成有兩個(gè)摻雜區(qū)，而在實(shí)施方式二的一個(gè)實(shí)施例中，如圖15所示，阱區(qū)表面僅形成有一個(gè)摻雜區(qū)130。再例如，在實(shí)施方式二的另一個(gè)實(shí)施例中，如圖16所示，阱區(qū)表面形成有三個(gè)間隔分布的摻雜區(qū)130。需說(shuō)明的是，本發(fā)明中摻雜區(qū)的形狀及摻雜區(qū)在阱區(qū)中的具體分布不應(yīng)僅僅局限于本發(fā)明中所列舉的實(shí)施例，在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以作其它等同形式的變換。但無(wú)論摻雜區(qū)的形狀及摻雜區(qū)在阱區(qū)中的具體分布如何，應(yīng)保證位于源極和漏極之間的柵極中，部分柵極下方覆蓋的為阱區(qū)，另一部分柵極下方覆蓋的為摻雜區(qū)。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)晶體管摻雜區(qū)的厚度及摻雜濃度、位于源極和漏極之間的柵極所覆蓋所有摻雜區(qū)的寬度總和與源極(或漏極)寬度之比，來(lái)增大耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻，使得晶體管的開(kāi)態(tài)電流有小幅度的減少、晶體管的關(guān)態(tài)電流有大幅度的減少，從而在減少耗盡型MOS晶體管關(guān)態(tài)電流的同時(shí)提聞晶體管的開(kāi)關(guān)電流比。上述通過(guò)實(shí)施例的說(shuō)明，應(yīng)能使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明，并能夠再現(xiàn)和使用本發(fā)明。本領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員根據(jù)本文中所述的原理可以在不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍的情況下對(duì)上述實(shí)施例作各種變更和修改是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明不應(yīng)被理解為限制于本文所示的上述實(shí)施例，其保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)界定。
權(quán)利要求
1.一種耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有阱區(qū)； 在部分所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)和阱區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，且所述摻雜區(qū)的數(shù)量至少為一個(gè)； 在所述襯底上形成柵極； 在所述柵極兩側(cè)的部分阱區(qū)內(nèi)形成源極和漏極，位于所述源極和漏極之間的柵極中，一部分柵極覆蓋所述摻雜區(qū)，另一部分柵極覆蓋所述阱區(qū)，所述源極、漏極和摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)的數(shù)量為兩個(gè)以上，且兩個(gè)以上的所述摻雜區(qū)沿柵極延伸方向間隔排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)還延伸至所述源極、漏極所在的區(qū)域。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，在部分所述阱區(qū)內(nèi)形成摻雜區(qū)的方法包括: 在所述襯底上形成圖形化掩模層，部分所述阱區(qū)被所述圖形化掩模層覆蓋住； 以所述圖形化掩模層為掩模進(jìn)行離子注入，以在未被所述圖形化掩模層覆蓋住的阱區(qū)內(nèi)形成所述摻雜區(qū)； 去除所述圖形化掩模層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述圖形化掩模層為圖形化光刻膠層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，所述耗盡型MOS晶體管為NMOS晶體管，利用離子注入工藝形成所述阱區(qū)，形成所述阱區(qū)的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為硼，注入離子劑量為lE12/cm2-lE13/cm2，注入離子能量為10keV-100keV。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，利用離子注入工藝形成所述摻雜區(qū)，形成所述摻雜區(qū)的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注入離子劑量為lE12/cm2-lE13/cm2，注入離子能量為 10keV_80keV。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的耗盡型MOS晶體管的形成方法，其特征在于，利用離子注入工藝形成所述源極及漏極，形成所述源極及漏極的工藝參數(shù)包括:摻雜離子為砷，注入離子劑量為 lE14/cm2-lE15/cm2，注入離子能量為 10keV_70keV。
9.一種耗盡型MOS晶體管，其特征在于，包括: 半導(dǎo)體襯底，所述襯底內(nèi)具有阱區(qū)； 位于部分所述阱區(qū)內(nèi)的摻雜區(qū)，所述摻雜區(qū)和阱區(qū)的摻雜類(lèi)型相反，且所述摻雜區(qū)的數(shù)量至少為一個(gè)； 位于所述襯底上的柵極； 位于所述柵極兩側(cè)的部分阱區(qū)內(nèi)的源極和漏極，位于所述源極和漏極之間的柵極中，一部分柵極覆蓋所述摻雜區(qū)，另一部分柵極覆蓋所述阱區(qū)，所述源極、漏極和摻雜區(qū)的摻雜類(lèi)型相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的耗盡型MOS晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)的數(shù)量為兩個(gè)以上，且兩個(gè)以上的所述摻雜區(qū)沿柵極延伸方向間隔排列。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所 述的耗盡型MOS晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)還延伸至所述源極、漏極所在的區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種耗盡型MOS晶體管及其形成方法，由于位于源極和漏極之間的柵極中，部分柵極覆蓋阱區(qū)，另一部分柵極覆蓋摻雜區(qū)，故增加了晶體管溝道的等效電阻，從而減小了耗盡型MOS晶體管的開(kāi)態(tài)電流及關(guān)態(tài)電流。通過(guò)調(diào)節(jié)晶體管中摻雜區(qū)的厚度及摻雜濃度、位于源極和漏極之間的柵極所覆蓋所有摻雜區(qū)的寬度總和與源極或漏極寬度之比，可以使耗盡型MOS晶體管的溝道等效電阻的增大量保持適中，從而使耗盡型MOS晶體管的關(guān)態(tài)電流減小幅度大于開(kāi)態(tài)電流減小幅度，進(jìn)而在減少晶體管功耗的同時(shí)提高耗盡型MOS晶體管的開(kāi)關(guān)電流比。
文檔編號(hào)H01L21/28GK103208427SQ20131009567
公開(kāi)日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月22日
發(fā)明者唐樹(shù)澍 申請(qǐng)人:上海宏力半導(dǎo)體制造有限公司