[发明专利]具有阈值电压设定掺杂剂结构的先进晶体管有效

专利信息
申请号: 201180035832.1 申请日: 2011-06-21
公开(公告)号: CN103053025B 公开(公告)日: 2017-02-22
发明(设计)人: L·希弗伦;P·拉纳德;L·斯卡德;S·E·汤普森 申请(专利权)人: 三重富士通半导体股份有限公司
主分类号: H01L29/10 分类号: H01L29/10;H01L29/36;H01L29/78
代理公司: 隆天知识产权代理有限公司72003 代理人: 张浴月,金鹏
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 具有 阈值 电压 设定 掺杂 结构 先进 晶体管
【说明书】:

相关申请

本申请要求2009年9月30日提交的美国临时申请No.61/247300的优先权,将该临时申请的公开内容通过引用并入于此。本申请还要求其公开内容通过引用并入于此的2009年11月17日提交的美国临时申请No.61/262122以及其公开内容通过引用并入于此的2010年2月18日提交的、发明名称为“Electronic Devices and Systems,and Methods for Making and Using the Same”的美国专利申请No.12/708497的优先权。本申请还要求其公开内容通过引用并入于此的2010年6月22日提交的美国临时申请No.61/357492的优先权。

技术领域

本公开内容涉及形成具有包括阈值电压设定掺杂剂结构的改进的工作特性的先进晶体管的结构和工艺。

背景技术

场效应晶体管(FET)导通或关断时的电压是晶体管工作的关键参数。具有通常约为工作电压(VDD)的0.3倍的低阈值电压(VT)的晶体管能够迅速开关,但是还是具有相对较高的关态电流泄漏。具有通常约为工作电压(VDD)的0.7倍的高阈值电压(VT)的晶体管开关较慢,但是具有相对较低的关态电流泄漏。半导体电子设计者通过制造具有带有不同阈值电压的多个晶体管器件的管芯,对于高速关键路径采用低VT而不经常访问的电路则采用节省电能的高VT,来采用其优点。

用于设定VT的常规解决方案包括采用VT掺杂剂对晶体管沟道进行掺杂。通常,掺杂剂剂量越高,器件的VT越高。沟道还可以由源极和漏极周围的高注入角“袋状物”(pocket)或“晕环”(halo)注入来掺杂。沟道VT注入和晕环注入可以关于晶体管的源极和漏极对称或不对称,并且将两者一起使用来使VT增大到期望的电平。不幸的是,这样的注入对电子迁移率产生不利的影响,这主要是因为沟道中的掺杂剂散射增大,并且随着晶体管尺寸向下缩小,对于有用的VT设定点,在纳米级晶体管中所需的掺杂剂密度和注入位置控制越来越难以支持。

许多半导体制造商都试图通过采用新的晶体管类型(包括全部或部分耗尽的绝缘体上硅(SOI)晶体管)来避免体CMOS的缩放问题(包括具有纳米级栅极晶体管尺寸的晶体管中的不利的“短沟道效应”)。SOI晶体管构建在绝缘体层之上的薄硅层上,并通常需要VT设定沟道注入或晕环注入来工作。不幸的是,形成合适的绝缘体层十分昂贵且难以完成。早期的SOI器件构建在绝缘蓝宝石晶片上而非硅晶片上,并且因为成本高,通常仅用于特殊应用(例如军用航空电子设备或卫星)。现代的SOI技术可以使用硅晶片,但需要昂贵且费时的额外的晶片处理步骤来制作延伸跨越器件质量单晶硅的表面层下的整个晶片的绝缘氧化硅层。

在硅晶片上制作这样的氧化硅层的一种常用方法需要高剂量氧离子注入和高温退火,以在体硅晶片中形成埋入氧化物(BOX)层。或者,可以通过将一个硅晶片键合到表面上具有氧化物层的另一硅晶片(“处理”晶片)来制造SOI。使用在处理晶片的BOX层的顶部上留下单晶硅的薄晶体管质量层的工艺来将这对晶片分开。这就是所谓的“层转移”技术,因为该技术将薄硅层转移到处理晶片的热生长氧化物层上。

如所预期的,BOX形成或层转移这两者都是具有相对较高故障率的昂贵制造技术。因此,对于许多领先的制造商而言,制造SOI晶体管不是经济上有吸引力的解决方案。当重新设计晶体管以应对“浮体(floating body)”效应、研发新的SOI特定晶体管工艺的需要和其它电路变化的成本被添加到SOI晶片的成本时,很显然需要其它解决方案。

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