雙注入橫向擴散mos器件及其方法

2023-09-22 00:30:45 2

專利名稱：雙注入橫向擴散mos器件及其方法
技術領域：
本發明一般說來涉及到MOS器件，更確切地說是一種頻率響應得到了改善的高增益MOS器件。
MOS器件被普遍應用於諸為蜂窩電話和其它通信產品的射頻應用中。對於射頻應用，希望獲得比現有技術MOS器件更高的功率增益和經改善的頻率響應。
在MOS器件中，更高的功率增益常常是靠增加MOS器件的跨導(Gm)來獲得的。改善跨導的技術一般要求改進工藝技術，例如改進光刻技術或改進隔離薄層的生長技術。通常採用單溝道的摻雜注入來實現Gm的增加。Gm的提高與離子注入溝道的源附近內建電場的增強有關。但在單溝道注入中，對內建電場的增強有一限制，超過這一限制則發生短溝道效應和漏感應勢壘降低。
因此，需要一種功率增益更大和射頻響應更好、同時又降低了短溝道效應並減少了漏感應勢壘降低量的改善了的MOS器件。


圖1示出了MOS電晶體的布局;以及圖2是用於解釋本發明的曲線。
一般來說，本發明涉及到一種具有改善的直流增益和跨導的NMOS電晶體的設計。在鄰近源區和柵區處安置摻雜濃度不同的第一和第二注入區，用以修整橫向溝道的分布。第一和第二注入區也起保護源不受穿通電場影響的作用。採用注入劑使溝道的摻雜分布修整為獲得最佳的內建電場以獲得最大的器件跨導，同時控制器件的閾值電壓和穿通特性。
圖1示出了一個NMOS場效應電晶體10，它包括提供增加了的直流增益和跨導的雙橫向溝道注入區域32和34。電晶體10包括一個生長在襯底18上的外延層16。在很多應用中，外延層16是不需要的，器件可製作在襯底18上。襯底18和外延層16都是P型半導體材料。
用輕摻雜的漏延伸區20與重摻雜漏區22相組合的方法來製作漏區。漏區由作為n-型半導體材料的輕摻雜漏區20和作為n+半導體材料的重摻雜漏區22形成。有些應用中不需要n-區20，n+區22就起電晶體10的漏的作用。在漏引線24處用導體接觸來連接漏區。
用隔離柵氧化物30將覆蓋在溝道區32、34和16上的柵極電極28與溝道區32、34和36分離開來。柵極電極28可有多種結構，包括一層多晶矽，事一層被金屬矽化物覆蓋的多晶矽或一層金屬，根據應用而定。在柵引線26處用導體接觸來連接柵極電極28。
用重摻雜區14來製作源區。重摻雜源區14被摻成n+型半導體材料。有些應用情況下，與漏區20-22的情況相似，和源區14一起還有一個n-型區。在源引線12處用導體接觸來連接源區14。
溝道區由第一和第二注入區32和4組成。第一注入區32被離子注入並自對準靠近源區14和柵區28-30。注入區32要進行激活或擴散循環。第二注入區34被離子注入並自對準靠近注入區32和柵區28-30。注入區32和34要進行額外的激活或擴散循環。橫向溝道注入區32和34用P型半導體材料形成。
圖2示出了圖1中注入區32和34的橫向摻雜分布。區域32的橫向分布用圖2中的曲線36表示，而注入區34的橫向分布用38表示。曲線36的範圍從柵極離源側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的範圍從柵極離源側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14有一個大的濃度梯度。器件在溝道區的內建電場直接正比於濃度梯度。大的濃度梯度引致大的內建電場，有助於載流子傳輸。器件的跨導正比於內建電場，故電場的增強引致跨導增大。
雖然陡峭的橫向分布改善了跨導，但比之較低的濃度梯度，閾值的控制和抗穿通性變差。為解決此問題，在工序早期先製作一個第二注入區34，其橫向濃度分布用圖2中的曲線38表示。圖38分布也顯示出一個有助於增加跨導的濃度梯度，但低於曲線36所示。更深處的注入區有助於增大跨導，而增加了的電荷將降低穿通效應並穩定閾值電壓。
這樣，溝道注入區32用較高的劑量和較短的推進時間來製作以獲得陡的分布來大大改善跨導，同時先用較低的劑量和較長的推進時間製作溝道注入區34以在溝道更大的範圍內獲得較緩的分布，以稍許改善跨導而大大改善穿通和閾值特性。
已發現和相似結構的橫向單溝道注入器件相比，雙注入橫向溝道電晶體跨導增加了28%以上。
至此應承認我們已提供了一種改善場效應電晶體10的性能特別是跨導的新穎方法。通過用雙注入對溝道橫向摻雜進行改進的修整，提高了器件的跨導，同時可以優化閾值和穿通特性等其它參數。改善跨導的其它技術一般要求改進工藝技術，如光刻技術或隔離薄層生長技術，而本發明公開的技術採用現成的設備工藝即可完成。
跨導較高的器件有許多用途。跨導增大使射頻電晶體應用的功率增益提高，使系統成本降低。MOS器件的頻率響應正比於跨導，故跨導的改善為高速應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作，從而改善了手提系統的電池壽命、性能和成本。
儘管已描述了本發明的具體實施例，對本領域的熟練技術人員來說，還可做其它的修改和改進。應該理解，本發明不局限於已經提出的具體形式，所附權利要求覆蓋了所有不超越本發明構思和範圍的改型。
權利要求
1.一種MOS電晶體，其特徵在於包括一個具有第一類型半導體材料的源區(14)；一個具有第二類型半導體材料的襯底區(16)；一個排列在靠近上述源區的第一注入區(32)，上述第一注入區具有第一摻雜濃度的上述第二類型半導體材料；以及一個安排在上述第一注入區和上述襯底之間的第二注入區(34)，上述第二注入區具有第二摻雜濃度的上述第二類型半導體材料。
2.權利要求1的MOS電晶體，還包括一個安排在上述襯底區上方、具有上述第一類型半導體材料的漏區(20)。
3.權利要求2的MOS電晶體，還包括一個安排在上述襯底區上方和上述源區與上述漏區之間的柵區(30)。
4.一種製作MOS電晶體的方法，它包含下列步驟提供一個具有第一類型半導體材料的源區(14);提供一個具有第二類型半導體材料的襯底區(16);安排一個第一注入區(32)鄰近於上述源區，上述第一注入區具有第一摻雜濃度的上述第二類型半導體材料;以及在上述第一注入區和上述襯底之間安排一個第二注入區(34)，上述第二注入區具有第二摻雜濃度的上述第二類型的半導體材料。
5.權利要求4的方法，還包括在上述襯底區的上方安排一個具有上述第一類型半導體材料的漏區(20)的步驟。
6.權利要求5的方法，還包括在上述襯底區的上方和上述源區與上述漏區之間安排一個柵區(30)的步驟。
全文摘要
一種NMOS電晶體，有一個由n
文檔編號H01L21/336GK1106573SQ94117619
公開日1995年8月9日 申請日期1994年11月10日 優先權日1993年11月15日
發明者高頓·馬強, 哈桑·皮拉斯特法爾, 史蒂芬·J·阿德勒 申請人:莫託羅拉公司