[发明专利]一种双栅MOSFET结构

说明书

一种双栅MOSFET结构，包括：呈渐变厚度的沟道区，沟道区的厚度小的一侧设有源区，其厚度大的一侧设有漏区，源区远离沟道区的侧边设有源极，漏区远离沟道区的侧边设有漏极；相连的沟道区、源区和漏区的上、下表面分别覆盖第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层覆盖沟道区的部分的上表面设有第一栅极，第二栅氧层覆盖沟道区的部分的下表面设有第二栅极，第一栅极和第二栅极构成双栅结构。本发明所提供的器件结构既能有效地抑制短沟道效应，又能提高电流驱动能力，减小漏区的电场峰值；且工艺步骤相对简单，可与现有CMOS工艺相兼容。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种双栅MOSFET结构。

背景技术

随着集成电路的快速发展，芯片的性能和密度随之不断增加，这要求器件尺寸不断缩小，然而当器件的尺寸缩小到一定程度时将引发短沟道效应。短沟道效应将会导致器件栅极的控制能力下降，从而引起阈值电压的漂移和漏致势垒降低效应，从而导致器件的静态功耗增加。与此同时，缩小的器件尺寸将导致器件内部的电场升高，增加了热载流子的生成，降低器件的可靠性。

据申请人了解，为了改善MOSFET的短沟道效应，研究人员提出了各种措施。文献1，如Long W, Ou H, Kuo J M, et al. Dual-material gate (DMG) field effecttransistor[J]. IEEE Transactions on Electron Devices, 1999, 46(5): 865-870提出了一种具有双段栅结构的MOSFET。如图1所示，1是第一段栅金属，2是第二段栅金属，3是栅氧层，4是源极，5是源区，6是衬底，7是漏区，8是漏极，9是衬底电极。该结构通过利用了两种具有不同功函数的材料的特性，提高了栅极的控制能力，并且增强了电子的运输特性。但是由于双段栅的制造工艺十分繁琐，因此其成本较高，不适合应用于超大规模集成电路中。

文献2，如张哲诚，中国专利，201710288728.2，提出了一种FinFET结构的MOS晶体管。如图2所示，1是栅极，2是栅氧层，3是源区，4是沟道区，5是漏区，6是衬底。该器件增加了栅极的数量，并且将沟道三维化，使得器件的有效沟道宽度增加的同时提高了栅极的控制能力，因此增大了电流驱动能力，并且有效地抑制了短沟道效应。然而由于沟道尺寸的下降，增加了器件内部的电场强度，从而降低器件的可靠性。

文献3，如美国专利Colinge JP.Junctionless metal-oxide-semiconductortransistor:U.S.Patent8,178,862[P].2012-5-15提出了一种无结型场效应晶体管。如图3所示，1是第一栅极，2是第一栅氧层，3是源极，4是源区，5是沟道区，6是漏区，7是漏极，8是第二栅氧层，9是第二栅极。该发明利用了耗尽区的特性来控制器件的开启和关断。由于不存在PN结，其制造工艺较为简单。该结构的沟道和源漏区都需掺杂相同类型且浓度很高的杂质，然而载流子涨落效应，使得器件内部载流子浓度分布不一致，限制了该器件的大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于：一种双栅MOSFET结构，可以有效控制短沟道效应，提高电流的驱动能力，并能降低器件内部的电场峰值，提高器件的可靠性。

为了达到以上目的，一种双栅MOSFET结构，包括：呈渐变厚度的沟道区，沟道区的厚度小的一侧设有源区，其厚度大的一侧设有漏区，源区远离沟道区的侧边设有源极，漏区远离沟道区的侧边设有漏极；相连的沟道区、源区和漏区的上、下表面分别覆盖第一栅氧层和第二栅氧层，第一栅氧层覆盖沟道区的部分的上表面设有第一栅极，第二栅氧层覆盖沟道区的部分的下表面设有第二栅极，第一栅极和第二栅极构成双栅结构。

本发明的优选方案是：沟道区的上、下两表面的延长面必会相交。

优选地，沟道区、源区和漏区的材料为硅或锗、锗硅、砷化镓、氮化镓。

优选地，沟道区、源区和漏区的掺杂类型为P型或N型。