[发明专利]一种MOS场效应晶体管

说明书

技术领域

本发明涉及半导体设计领域，特别涉及MOS场效应晶体管(MOSFET)的结构。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，CMOS器件的特征尺寸不断缩小，从而引起短沟道效应等问题，采用高介电常数(K值)材料(如HfSiON、HfAlON等)取代SiO2制作栅介质层，可以增大器件的电流，增强器件的驱动能力，提高控制短沟道效应能力，使器件进一步缩小得以可能。现有的集成电路器件都采用固定K值介质材料做栅绝缘介质，然而从器件的交流(AC)性能上看，并非栅绝缘介质的所有区域都是越高越好。例如当CMOS器件在开启的状态时，由于密勒电容(Miller capacitor)效应，靠近漏区的栅介质应该相对较低以提高器件的速度。由于以上的考虑，有很多器件优化的研发和专利采取非对称器件结构(asymmetric device structure)但非对称器件通常要求额外的光刻掩膜(lithography mask)，使得成本增加，而且工艺本身也受到各种限制(如离子注入的角度，栅的高度和距离等)。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决上述技术问题之一，特别是将可变K值介质材料运用于栅介质层中。通过这种方法，在无需改变传统工艺流程的基础上，可同时提高器件的短沟道效应和开启时的交流特性。

为达到上述目的，本发明提出一种MOSFET结构，包括：衬底；形成在所述衬底中的源极和漏极；和形成在所述衬底之上且位于所述源极和所述漏极之间的栅堆叠，其中，栅介质层采用可变K值介质材料。

在本发明的实施例中，所述栅介质层至少包括一层所述可变K值介质材料。

在本发明的实施例中，所述可变K值介质材料是指其相对介电常数具有随外加电场变化的非线性效应。

在本发明的实施例中，所述可变K值介质材料是指具备高介电常数变化率、高极化速度、高耐击穿电压特性的钙钛矿结构的铁电材料。

在本发明的实施例中，利用所述可变K值介质材料的所述非线性效应，通过产生改变外加电场的电压，改变栅极与所述漏极或源极之间的电容。

在本发明的实施例中，所述栅极与所述漏极或源极之间的电容分别正比于施加于所述栅极与所述漏极或源极之间的电压。

本发明提出的新型的MOSFET结构，将可变K值介质材料运用于MOSFET的栅介质层，通过改变外加电场动态地获得高K值，一方面：当栅极与源极和漏极之间的电压逐渐升高，栅源和栅漏电容逐渐增加，使得栅对沟道的控制加强，因而提高了控制短沟道效应能力；另一方面，当器件开启驱动时(即栅源电压高于阈值电压)，栅电压将增至外加电压Vdd，和漏电压初始值Vdd相同，因而栅漏区的电压较低，栅漏所形成的密勒电容(Miller capacitor)也较小，因而器件的交流特性(速度)更好。本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，本发明的附图是示意性的，因此并没有按比例绘制。其中：

图1为本发明实施例的MOSFET的结构示意图；

图2为本发明实施例的MOSFET的等效电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

本发明提出一种新型的MOSFET结构，在本发明实施例中，该结构包括栅极和形成在栅极和衬底之间的栅介质层，其中，栅介质层采用可变K值介质材料，通过改变产生外电场的电压动态地获得高K值，从而提高控制短沟道效应能力及器件的交流性能。