專(zhuān)利名稱(chēng)：雙注入橫向擴(kuò)散mos器件及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說(shuō)來(lái)涉及到MOS器件，更確切地說(shuō)是一種頻率響應(yīng)得到了改善的高增益MOS器件。
MOS器件被普遍應(yīng)用于諸為蜂窩電話(huà)和其它通信產(chǎn)品的射頻應(yīng)用中。對(duì)于射頻應(yīng)用，希望獲得比現(xiàn)有技術(shù)MOS器件更高的功率增益和經(jīng)改善的頻率響應(yīng)。
在MOS器件中，更高的功率增益常常是靠增加MOS器件的跨導(dǎo)(Gm)來(lái)獲得的。改善跨導(dǎo)的技術(shù)一般要求改進(jìn)工藝技術(shù)，例如改進(jìn)光刻技術(shù)或改進(jìn)隔離薄層的生長(zhǎng)技術(shù)。通常采用單溝道的摻雜注入來(lái)實(shí)現(xiàn)Gm的增加。Gm的提高與離子注入溝道的源附近內(nèi)建電場(chǎng)的增強(qiáng)有關(guān)。但在單溝道注入中，對(duì)內(nèi)建電場(chǎng)的增強(qiáng)有一限制，超過(guò)這一限制則發(fā)生短溝道效應(yīng)和漏感應(yīng)勢(shì)壘降低。
因此，需要一種功率增益更大和射頻響應(yīng)更好、同時(shí)又降低了短溝道效應(yīng)并減少了漏感應(yīng)勢(shì)壘降低量的改善了的MOS器件。


圖1示出了MOS晶體管的布局;以及圖2是用于解釋本發(fā)明的曲線。
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及到一種具有改善的直流增益和跨導(dǎo)的NMOS晶體管的設(shè)計(jì)。在鄰近源區(qū)和柵區(qū)處安置摻雜濃度不同的第一和第二注入?yún)^(qū)，用以修整橫向溝道的分布。第一和第二注入?yún)^(qū)也起保護(hù)源不受穿通電場(chǎng)影響的作用。采用注入劑使溝道的摻雜分布修整為獲得最佳的內(nèi)建電場(chǎng)以獲得最大的器件跨導(dǎo)，同時(shí)控制器件的閾值電壓和穿通特性。
圖1示出了一個(gè)NMOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管10，它包括提供增加了的直流增益和跨導(dǎo)的雙橫向溝道注入?yún)^(qū)域32和34。晶體管10包括一個(gè)生長(zhǎng)在襯底18上的外延層16。在很多應(yīng)用中，外延層16是不需要的，器件可制作在襯底18上。襯底18和外延層16都是P型半導(dǎo)體材料。
用輕摻雜的漏延伸區(qū)20與重?fù)诫s漏區(qū)22相組合的方法來(lái)制作漏區(qū)。漏區(qū)由作為n-型半導(dǎo)體材料的輕摻雜漏區(qū)20和作為n+半導(dǎo)體材料的重?fù)诫s漏區(qū)22形成。有些應(yīng)用中不需要n-區(qū)20，n+區(qū)22就起晶體管10的漏的作用。在漏引線24處用導(dǎo)體接觸來(lái)連接漏區(qū)。
用隔離柵氧化物30將覆蓋在溝道區(qū)32、34和16上的柵極電極28與溝道區(qū)32、34和36分離開(kāi)來(lái)。柵極電極28可有多種結(jié)構(gòu)，包括一層多晶硅，事一層被金屬硅化物覆蓋的多晶硅或一層金屬，根據(jù)應(yīng)用而定。在柵引線26處用導(dǎo)體接觸來(lái)連接?xùn)艠O電極28。
用重?fù)诫s區(qū)14來(lái)制作源區(qū)。重?fù)诫s源區(qū)14被摻成n+型半導(dǎo)體材料。有些應(yīng)用情況下，與漏區(qū)20-22的情況相似，和源區(qū)14一起還有一個(gè)n-型區(qū)。在源引線12處用導(dǎo)體接觸來(lái)連接源區(qū)14。
溝道區(qū)由第一和第二注入?yún)^(qū)32和4組成。第一注入?yún)^(qū)32被離子注入并自對(duì)準(zhǔn)靠近源區(qū)14和柵區(qū)28-30。注入?yún)^(qū)32要進(jìn)行激活或擴(kuò)散循環(huán)。第二注入?yún)^(qū)34被離子注入并自對(duì)準(zhǔn)靠近注入?yún)^(qū)32和柵區(qū)28-30。注入?yún)^(qū)32和34要進(jìn)行額外的激活或擴(kuò)散循環(huán)。橫向溝道注入?yún)^(qū)32和34用P型半導(dǎo)體材料形成。
圖2示出了圖1中注入?yún)^(qū)32和34的橫向摻雜分布。區(qū)域32的橫向分布用圖2中的曲線36表示，而注入?yún)^(qū)34的橫向分布用38表示。曲線36的范圍從柵極離源側(cè)最小橫向距離處的最大值1018摻雜原子/cm3到橫向距離約為0.25μm處的溝道摻雜最小值。曲線38的范圍從柵極離源側(cè)最小橫向距離處的最大值1017摻雜原子/cm3，到橫向距離約為0.7μm處的溝道摻雜最小值。曲線36中的陡峭分布代表在溝道的橫向靠近源區(qū)14有一個(gè)大的濃度梯度。器件在溝道區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)直接正比于濃度梯度。大的濃度梯度引致大的內(nèi)建電場(chǎng)，有助于載流子傳輸。器件的跨導(dǎo)正比于內(nèi)建電場(chǎng)，故電場(chǎng)的增強(qiáng)引致跨導(dǎo)增大。
雖然陡峭的橫向分布改善了跨導(dǎo)，但比之較低的濃度梯度，閾值的控制和抗穿通性變差。為解決此問(wèn)題，在工序早期先制作一個(gè)第二注入?yún)^(qū)34，其橫向濃度分布用圖2中的曲線38表示。圖38分布也顯示出一個(gè)有助于增加跨導(dǎo)的濃度梯度，但低于曲線36所示。更深處的注入?yún)^(qū)有助于增大跨導(dǎo)，而增加了的電荷將降低穿通效應(yīng)并穩(wěn)定閾值電壓。
這樣，溝道注入?yún)^(qū)32用較高的劑量和較短的推進(jìn)時(shí)間來(lái)制作以獲得陡的分布來(lái)大大改善跨導(dǎo)，同時(shí)先用較低的劑量和較長(zhǎng)的推進(jìn)時(shí)間制作溝道注入?yún)^(qū)34以在溝道更大的范圍內(nèi)獲得較緩的分布，以稍許改善跨導(dǎo)而大大改善穿通和閾值特性。
已發(fā)現(xiàn)和相似結(jié)構(gòu)的橫向單溝道注入器件相比，雙注入橫向溝道晶體管跨導(dǎo)增加了28%以上。
至此應(yīng)承認(rèn)我們已提供了一種改善場(chǎng)效應(yīng)晶體管10的性能特別是跨導(dǎo)的新穎方法。通過(guò)用雙注入對(duì)溝道橫向摻雜進(jìn)行改進(jìn)的修整，提高了器件的跨導(dǎo)，同時(shí)可以?xún)?yōu)化閾值和穿通特性等其它參數(shù)。改善跨導(dǎo)的其它技術(shù)一般要求改進(jìn)工藝技術(shù)，如光刻技術(shù)或隔離薄層生長(zhǎng)技術(shù)，而本發(fā)明公開(kāi)的技術(shù)采用現(xiàn)成的設(shè)備工藝即可完成。
跨導(dǎo)較高的器件有許多用途?？鐚?dǎo)增大使射頻晶體管應(yīng)用的功率增益提高，使系統(tǒng)成本降低。MOS器件的頻率響應(yīng)正比于跨導(dǎo)，故跨導(dǎo)的改善為高速應(yīng)用提供了改善的高頻性能。射頻和直流增益的提高也改善了器件在低電壓條件下的動(dòng)作，從而改善了手提系統(tǒng)的電池壽命、性能和成本。
盡管已描述了本發(fā)明的具體實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還可做其它的修改和改進(jìn)。應(yīng)該理解，本發(fā)明不局限于已經(jīng)提出的具體形式，所附權(quán)利要求覆蓋了所有不超越本發(fā)明構(gòu)思和范圍的改型。
權(quán)利要求
1.一種MOS晶體管，其特征在于包括一個(gè)具有第一類(lèi)型半導(dǎo)體材料的源區(qū)(14)；一個(gè)具有第二類(lèi)型半導(dǎo)體材料的襯底區(qū)(16)；一個(gè)排列在靠近上述源區(qū)的第一注入?yún)^(qū)(32)，上述第一注入?yún)^(qū)具有第一摻雜濃度的上述第二類(lèi)型半導(dǎo)體材料；以及一個(gè)安排在上述第一注入?yún)^(qū)和上述襯底之間的第二注入?yún)^(qū)(34)，上述第二注入?yún)^(qū)具有第二摻雜濃度的上述第二類(lèi)型半導(dǎo)體材料。
2.權(quán)利要求1的MOS晶體管，還包括一個(gè)安排在上述襯底區(qū)上方、具有上述第一類(lèi)型半導(dǎo)體材料的漏區(qū)(20)。
3.權(quán)利要求2的MOS晶體管，還包括一個(gè)安排在上述襯底區(qū)上方和上述源區(qū)與上述漏區(qū)之間的柵區(qū)(30)。
4.一種制作MOS晶體管的方法，它包含下列步驟提供一個(gè)具有第一類(lèi)型半導(dǎo)體材料的源區(qū)(14);提供一個(gè)具有第二類(lèi)型半導(dǎo)體材料的襯底區(qū)(16);安排一個(gè)第一注入?yún)^(qū)(32)鄰近于上述源區(qū)，上述第一注入?yún)^(qū)具有第一摻雜濃度的上述第二類(lèi)型半導(dǎo)體材料;以及在上述第一注入?yún)^(qū)和上述襯底之間安排一個(gè)第二注入?yún)^(qū)(34)，上述第二注入?yún)^(qū)具有第二摻雜濃度的上述第二類(lèi)型的半導(dǎo)體材料。
5.權(quán)利要求4的方法，還包括在上述襯底區(qū)的上方安排一個(gè)具有上述第一類(lèi)型半導(dǎo)體材料的漏區(qū)(20)的步驟。
6.權(quán)利要求5的方法，還包括在上述襯底區(qū)的上方和上述源區(qū)與上述漏區(qū)之間安排一個(gè)柵區(qū)(30)的步驟。
全文摘要
一種NMOS晶體管，有一個(gè)由n
文檔編號(hào)H01L21/336GK1106573SQ94117619
公開(kāi)日1995年8月9日 申請(qǐng)日期1994年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月15日
發(fā)明者高頓·馬強(qiáng), 哈?！てだ固胤? 斯蒂芬·J·阿德勒 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司