[发明专利]一种小比导通电阻的MOSFET理想开关结构

说明书

新型小比导通电阻的MOSFET理想开关结构，涉及半导体器件以及相关的工艺实现方法。本发明的新型小比导通电阻的MOSFET理想开关采用纵向、四面栅极的器件结构。本发明所要解决的关键技术问题是：提供一种新型小比导通电阻的MOSFET理想开关结构及其工艺实现方法，通过采用N型MOSFET、N‑漂移区和四面沟道的结构，以及半导体材料的选择，增大了导通电流密度，降低了导通电阻，突破了摩尔定律，消除了寄生BJT，大幅减小了器件面积；同时，优化了工艺实现流程，使器件实现的工艺简化，且不再受光刻精度的限制。

技术领域

本发明涉及微电子技术和半导体技术。

背景技术

集成电路自上世纪60年代产生开始，其发展方向大体为三个方向，即高速化、低功率、大规模集成化。在速度方面，作为开关的元器件的性能起着决定性的作用，一个理想开关需要在导通时无电压降，关断时无电流，且开关转换时间为零。集成电路能够处理的频率从最初的几十赫兹，到如今的RF，这样飞速的发展，得益于上世纪80年代开始，MOS器件因其更出色的开关特性，而逐渐取代了三极管的地位，并且MOS管一直遵循着摩尔定律不断地减小尺寸的同时提高着集成电路的规模与性能。所以，优化MOS结构器件任然是提高集成电路处理能力的主要研究方向。MOSFET分为N型和P型，N型的载流子为电子，P型的载流子为空穴，电子的速度是空穴的约3倍，所以为了获得高速的理想开关，本结构选用N型MOSFET。

硅和锗就是人们最早发现的半导体材料，被公认为是第一代半导体材料，两者性质相似，但锗的禁带宽度小于硅的禁带宽度，虽然硅由于其资源丰富、低成本、工艺支持而成为现在半导体材料的主流，但是部分的使用锗可以让半导体器件有更好的性能。在发明人李平教授等人已授权的专利“窄禁带源漏区金属氧化物半导体场效应晶体管及集成电路”^[1]中就提出了，采用不同于器件衬底材料的窄禁带异质材料作为器件的源区或者源、漏区，使器件中的寄生BJT发射结成为异质结，并且有β1的特点，可以从器件上彻底消除寄生BJT对BV_DS的影响。

FinFET，中文名叫鳍式场效应晶体管，该项技术由加州大学伯克利分校的胡正明教授于2000年左右正式发表论文提出^[2]。FinFET的主要特点是，沟道区域是一个被栅极包裹的鳍状半导体，沿源漏方向的鳍的长度，为沟道长度。

FinFET沟道一般是轻掺杂甚至不掺杂的，避免了离散的掺杂原子的散射作用，同重掺杂的平面器件相比，载流子迁移率将会大大提高。另外，与传统的平面CMOS相比，FinFET的半环栅鳍形结构增加了栅极对沟道的控制面积，使得栅控能力大大增强，从而可以有效抑制短沟效应，减小亚阈值漏电流。由于短沟效应的抑制和栅控能力的增强，FINFET器件可以使用比传统更厚的栅氧化物，使得FinFET器件的栅漏电流也会减小。FINFET在20nm技术节点后取代了传统的平面CMOS开始被各大芯片生产商选择，现在大批量生产的是7nm工艺，台积电预计明年7月开始大批量生产5nm工艺芯片。但是，FINFET的工艺依旧依赖多次曝光等方法实现超小尺寸工艺，即在小尺寸下依旧需要较为复杂的工艺。

参考文献

[1]李平；李肇基.窄禁带源漏区金属氧化物半导体场效应晶体管及集成电路:中国，CN96117551.6[P].1997.11.19.

[2]中国半导体工艺落后国际大厂，谈突破先了解FinFET和胡正明[N]。佚名.2017年01月13日.

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种比导通电阻小的MOSFET理想开关的器件结构，在小尺寸器件中，提供小比导通电阻，大电流、高耐压，同时，还能够减小面积，简化实现工艺。