[发明专利]一种多阈值场MOSFET和多阈值场MOSFET组

说明书

技术领域

本发明属于金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistor，MOSFET)技术领域，具体涉及一种多阈值场MOSFET(Multi-Vth Field MOSFET)和多阈值场MOSFET组，尤其涉及一种通过构图调整在STI(Shallow Trench Insulator，浅沟槽隔离层)层上的栅电极的图形来确定其阈值电压的多阈值场MOSFET。

背景技术

MOSFET是集成电路中的基本元器件之一，其基本物理原理已经被行业技术人员熟知。以下公式(1)中列出了MOSFET的阈值电压(Vth)的计算公式。

公式(1)中，Vth为阈值电压，ψ_FB为平带电压，为费米势差，N_A为沟道衬底区域掺杂浓度(该公式为NMOSFET的计算公式)，ε为介电常数，C_OX为单位面积电容。根据以上计算公式，阈值电压的大小主要和ψ_FB、N_A、C_OX四个因素相关，在MOSFET管的结构参数(如沟道掺杂浓度、栅电极材料、栅氧化层厚度等)固定的情况下，其阈值电压是可以唯一确定的。

多阈值场MOSFET是MOSFET中的一种，它是应用STI层作为MOS管的栅介质层。图1所示为现有技术的多阈值场MOSFET的结构示意图。如图1所示，该多阈值场MOSFET 100包括栅电极110、栅介质层120、沟道区域130、源极(Source)140、漏极(Drain)150以及半导体衬底160。以衬底为P型为例，栅电极110上加正向电压，会在沟道区域130出现反型电荷层，形成图中虚线所示的沟道。这种多阈值场MOSFET应用于ESD(Electro-StaticDischarge，静电放电)等领域，常常在不同的应用条件下，需要不同阈值电压的特性。为形成不同阈值电压的图1所示的多阈值场MOSFET，现有技术是通过掺杂改变沟道区域130的掺杂浓度来实现Vth变化，也即采用公式(1)中的N_A作为变化因子来实现Vth变化。因此，为实现Vth变化，需要增加额外的沟道区域130的掺杂步骤。本领域技术人员习知，在上述掺杂步骤中，过程相对复杂，可能需要增加额外的掩膜版，并且N_A难以精确控制，从而导致Vth难以精确控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，为避免通过该变沟道区域掺杂浓度方式来实现多阈值的多阈值场MOSFET，而提出一种阈值电压易于实现变化的多阈值场MOSFET。

为解决以上技术问题，本发明提供的多阈值场MOSFET，包括栅电极、栅介质层、沟道区域、源极、漏极以及半导体衬底，所述栅介质层为浅沟槽隔离介质层，所述栅电极构图形成于栅介质层的正上方，所述栅介质层包括被栅电极覆盖的第一部分栅介质层和未被栅电极覆盖的第二部分栅介质层，通过栅电极的构图修改第二部分栅介质层与第一部分栅介质层的面积比，以调整所述多阈值场MOSFET的阈值电压。

根据本发明提供的多阈值场MOSFET，其中，所述栅介质层为SiO₂或Si₃N₄。所述栅介质层的厚度范围为0.2到2um。所述栅电极为多晶硅栅电极或金属栅电极。

根据本发明提供的多阈值场MOSFET，其中，通过所述栅电极构图形成若干条间隙，间隙之下的栅介质层为第二部分栅介质层。所述间隙相互平行，每个间隙的间距相等。在其中一实施例中，所述间隙平行于多阈值场MOSFET的沟道的长的方向；在其中又一实施例中，所述间隙平行于多阈值场MOSFET的沟道的宽的方向；在再一实施例中，所述间隙与多阈值场MOSFET的沟道的长的方向成一定角度θ，0°＜θ＜90°。

根据本发明提供的多阈值场MOSFET，其中，所述栅电极作为一个整体连续分布于栅介质层的正上方，栅电极的面积小于栅介质层的面积。