本发明专利技术中的绝缘栅场效应晶体管(110、114或122)的栅极介电层(500、566或700)所含有氮的垂直浓度轮廓经过特殊裁制，用以防止上方栅极电极(502、568或702)中的硼经由该栅极介电层明显渗入下方的沟道区带(484、554或684)中，且同时避免氮从该栅极介电层移到下方的半导体主体中。因而实质上可以避免发生因沟道区带中所不希望的硼以及半导体主体中所不希望的氮所导致的损坏。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】方法
本专利技术涉及半导体技术，特别是绝缘栅类型的场效应晶体管(FET)。除非另外提及，否则，下文所述的所有绝缘栅场效应晶体管(IGFET)皆为表面-沟道增强模式IGFET。
技术介绍
IGFET是一种半导体装置，其中栅极介电层会电气绝缘栅极电极以及延伸在源极区带和漏极区带之间的沟道区带。增强模式IGFET中的沟道区带是主体区(其通常被称为基板或是基板区)的一部分，其会和源极及漏极形成各自的Pn结。在增强模式IGFET中， 该沟道区带由源极和漏极之间的所有半导体材料组成。在IGFET操作期间，电荷载流子会沿着上方半导体表面经由该沟道区带所诱发的沟道从源极移动至漏极。临界电压为在给定的临界(最小)导通电流定义下该IGFET开始导通电流时的栅-源电压的数值。沟道长度为沿着该上方半导体表面介于源极和漏极之间的距离。IGFET应用于集成电路(IC)中以执行各种数字和模拟功能。因为IC操作功能已经发展许多年，所以IGFET已经变得越来越小，从而导致最小沟道长度逐渐减小。以IGFET 的标准模式所规定的方式来操作的IGFET通常具有“长沟道”装置的特征。当IGFET的沟道长度缩减到让该IGFET的行为严重偏离标准IGFET模式的程度时，该IGFET便会被描述成“短沟道”装置。虽然短沟道IGFET和长沟道IGFET都被用在IC中；但是，在超大规模集成应用中用于数字功能的大多数IC都会被布置成利用可用的光刻技术便能可靠生产的最小沟道长度。耗尽区沿着该源极和该主体区之间的结延伸。另一耗尽区沿着该漏极和该主体区之间的结延伸。高电场存在于每一个耗尽区中。在特定的条件下，尤其是当该沟道长度很小时，该漏极耗尽区会横向延伸至该源极耗尽区并且沿着上方半导体表面或是在上方半导体表面下方与其结合。沿着该上方半导体表面结合源极耗尽区和漏极耗尽区称为表面穿通 (punchthrough) 0在该上方半导体表面的下方结合两个耗尽区则称为本体穿通。当发生表面穿通或本体穿通时，便无法用IGFET的栅极电极来控制该IGFET的操作。两种类型的穿通都需要避免。已经有多种技术被用于改善IGFET的性能，包括当IGFET的尺寸减少时，这些在短沟道状态下的操作。一种性能改善技术涉及提供具有双部分漏极的IGFET，用以降低漏极的电场，以防止热载流子注入栅极介电层中。所述IGFET通常还具备相同组态的双部分源极。 另一种常见的性能改善技术是增加沿着该源极在袋部中该沟道区带的掺杂物的浓度，以抑制由于沟道长度减小产生的表面穿通，并且用以将该临界电压非预期的衰减(roll-off) 移到更短的沟道长度。类似于IGFET如何具备有与双部分漏极类同的双部分源极，其同样通常沿着该漏极在袋部中增加掺杂物浓度。因此，所产生的IGFET通常会是一对称的装置。图1为如美国专利案第6，548, 842B1号(Bulucea等人)中所述的常用的长沟道对称η沟道IGFET 20。IGFET 20是由ρ型单结晶硅(单晶硅)半导体主体所制造出来的。 IGFET 20的上方表面具有凹陷的电气绝缘领域-绝缘区22，其会横向包围具有η型源极/ 漏极(“S/D”)区带沈和观的有源半导体岛Μ。每一个S/D区带沈或观由下面所组成 超重度掺杂的主要部26Μ或^M ；以及较轻度掺杂，但是仍为重度掺杂的横向延伸区26Ε或 28Ε。S/D区带沈和观由ρ型主体材料32的沟道区带30彼此分离，该沟道区带30由下面所组成轻度掺杂的下方部；34 ；重度掺杂的中间阱部36 ；及上方部38。虽然大部分的上方主体材料部38为中度掺杂；但是，上方部38包含分别沿着S/D区带沈和观延伸的离子植入的重度掺杂晕环袋(halo pocket)部40与42。IGFET 20还包含栅极介电层44 ； 上覆的超重度掺杂η型多结晶硅(多晶硅)栅极电极46 ；电气绝缘的栅极侧壁间隔部48与 50 ；及金属硅化物层52,54和56。S/D区带沈和28大部分是彼此的镜像影像。晕环袋40和42同样大部分也是彼此的镜像影像，因此，沟道区带30在沟道掺杂物浓度方面会有对称的纵向缓变。由于对称的关系，S/D区带沈或观中的任一者能够在IGFET操作期间充当源极，而另一 S/D区带观或沈则能够充当漏极。这特别适用于S/D区带沈和观在特定时间周期期间分别具有源极和漏极功能并且在其它特定时间周期期间分别具有漏极和源极功能的某些数字情况。图2阐释了在IGFET 20中净掺杂物浓度&如何沿着上方半导体表面作为纵向距离χ的函数来变化。因为IGFET 20是对称装置，所以，图2仅表现开始于沟道中心的上方半导体表面的半个轮廓。图2中的曲线段 M*、26E*、 M*、28E*、30*、40*、以及42*分别代表区域 M、 E、 M、 E、30、40、以及42的净掺杂物浓度。点状曲线段40〃或42〃表示构成晕环袋40或42的ρ型半导体掺杂物的全部浓度，其包含在构成晕环袋40或42的过程中被引入S/D区带沈或观的位置之中的ρ型掺杂物。沿着S/D区带沈或观，尤其是沿着横向S/D延伸区26Ε或28Ε的每一个晕环袋40 或42所提供的增强的ρ型掺杂物沟道掺杂物浓度可避免造成表面穿通。上方主体材料部 38同样具备被离子植入的ρ型反穿通(Anti-PunchThrough，APT)半导体掺杂物，其在S/D 区带沈和28的深度附近会抵达最大浓度。这可避免造成本体穿通。以美国专利案第6，548, 842号中提出的信息为基础，图3a粗略描绘了全部ρ型掺杂物和全部η型掺杂物的浓度Nt如何作为沿着延伸穿过主要S/D部26Μ或^M的虚拟垂直线的深度y的函数来变化。图3a中的曲线段^M"或观^'代表定义主要S/D部26M或 ^M的η型掺杂物的全部浓度。曲线段34〃、36〃、38〃、及40〃或42〃则共同代表定义各自区域34、36、38、及40或42的ρ型掺杂物的全部浓度。阱部36利用ρ型主要阱半导体掺杂物对IGFET 20进行离子植入来定义，其会在该ρ型APT掺杂物最大浓度的深度下方的深度处达到最大浓度。虽然该ρ型主要阱掺杂物的最大浓度略大于该P型APT掺杂物的最大浓度；但是，全部ρ型掺杂物的垂直轮廓从该最大阱部掺杂物浓度的位置上至主要3/1)部沈11或^M却相对平坦。美国专利案第6，548，842 号揭示，通过植入额外的P型半导体掺杂物能够进一步平坦化沿着上述穿过主要S/D部26M 或^M的垂直线的ρ型掺杂物轮廓，其会在介于APT掺杂物的最大浓度的深度和阱掺杂物的最大浓度的深度之间的深度处达到最大浓度。此情况图解在图北中，在该图中，曲线段 58"表示因该进一步ρ型掺杂物所造成的变化。位于ρ-下方部34上面的主体材料32部分，也就是，由ρ+阱部36和包含ρ+晕环袋部40及42的ρ型上方部38所构成的区域，称为阱，因为主体材料部是由将ρ型半导体掺杂物引入半导体主体的轻度掺杂半导体材料之中而制造出来的。此处所谓的被引入的全部阱掺杂物由下面所组成Φ型主要阱掺杂物；P型APT掺杂物；ρ型晕环袋掺杂物；以及图 3b的IGFET变化例中的额外ρ型掺杂物。各种类型的阱已经被用于IC中，尤其是含有互补式IGFET的IC，其中阱必须用于 η沟道IGFET或ρ沟道IGFET，根据IGFET主体材料本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种包括主要场效应晶体管的结构，其包括：半导体主体的沟道区带；一对源极／漏极区带，其位于该半导体主体中且被该沟道区带横向分离；栅极介电层，其上覆该沟道区带，具有上方与下方栅极电介质表面，具有平均栅极电介质厚度，且包括半导体材料、氧、与栅极电介质氮浓度的氮，其中（ｉ）当该栅极介电层中的正规化深度为不超过０．２的正规化最大氮浓度深度数值时，该氮浓度会沿着该栅极介电层中的最大氮浓度位置达到２ｘ１０２１至６ｘ１０２１个原子／ｃｍ３的最大浓度，及（ｉｉ）当正规化深度为高达０．９的较高数值时，该氮浓度会下降至１ｘ１０２０个原子／ｃｍ３，该正规化深度为该上方栅极电介质表面下方的真实深度除以平均栅极电介质厚度；以及栅极电极，上覆该沟道区带上方的该栅极介电层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：普拉萨德·查帕腊拉，D·考特尼·帕克，
申请(专利权)人：国家半导体公司，
类型：发明
国别省市：US
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