[发明专利]一种无耗尽注入的耗尽型PMOS管结构

说明书

技术领域

本发明公开了一种无耗尽注入的耗尽型PMOS管结构，涉及半导体制造领域。

背景技术

CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor），互补金属氧化物半导体，电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。目前在主流的混合信号CMOS工艺中，广泛使用了耗尽型的MOS管来做存储器、电流源等。

PMOS（positive channel Metal Oxide Semiconductor，positive MOS）是指n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。金属氧化物半导体场效应(MOS)晶体管可分为N沟道与P沟道两大类， P沟道硅MOS场效应晶体管在N型硅衬底上有两个P+区，分别叫做源极和漏极，两极之间不通导，源极上加有足够的正电压(栅极接地)时，栅极下的N型硅表面呈现P型反型层，成为连接源极和漏极的沟道。改变栅压可以改变沟道中的空穴密度，从而改变沟道的电阻。这种MOS场效应晶体管称为P沟道增强型场效应晶体管。如果N型硅衬底表面不加栅压就已存在P型反型层沟道，加上适当的偏压，可使沟道的电阻增大或减小。这样的MOS场效应晶体管称为P沟道耗尽型场效应晶体管。统称为PMOS晶体管。常规的耗尽型PMOS管典型结构示意图如图1所示。PMOS是在N型硅的衬底上，通过选择掺杂形成P型的掺杂区，作为PMOS的源漏区。两块源漏掺杂区之间的距离称为沟道长度，而垂直于沟道长度的有效源漏区尺寸称为沟道宽度。对于这种简单的结构，器件源漏是完全对称的，只有在应用中根据源漏电流的流向才能最后确认具体的源和漏。PMOS的工作原理与NMOS相类似。因为PMOS是N型硅衬底，其中的多数载流子是电子，少数载流子是空穴，源漏区的掺杂类型是P型，所以，PMOS的工作条件是在栅上相对于源极施加负电压，亦即在PMOS的栅上施加的是负电荷电子，而在衬底感应的是可运动的正电荷空穴和带固定正电荷的耗尽层，不考虑二氧化硅中存在的电荷的影响，衬底中感应的正电荷数量就等于PMOS栅上的负电荷的数量。当达到强反型时，在相对于源端为负的漏源电压的作用下，源端的正电荷空穴经过导通的P型沟道到达漏端，形成从源到漏的源漏电流。同样地，VGS越负(绝对值越大)，沟道的导通电阻越小，电流的数值越大。

上面介绍是增强型PMOS管的结构和工作原理，现有技术中必须在栅极和源极之间施加一定的负电压才能使PMOS管导通，流过电流。而耗尽型PMOS管，即使栅极和源极之间无电压时，耗尽型PMOS管也处于导通状态，流过一定的电流；当栅极和源极之间施加一定的负电压时，导通电阻会减小，电流会增加。为了制造耗尽型的MOS管，需要额外增加一次耗尽层光刻和注入，以形成零栅压下的永久导电沟道，这会带来生产成本的增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中耗尽型PMOS管的结构缺陷，提供一种无耗尽注入的耗尽型PMOS管结构，将栅极多晶硅的掺杂由通行的N型掺杂的做法改为P型掺杂，不需要增加耗尽层光刻和注入，就可以制造出一低夹断电压的耗尽型PMOS管。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种无耗尽注入的耗尽型PMOS管结构，在P衬底片的上表面设置一层N阱，N阱从PMOS管区域的硅片表面向下扩散，构成PMOS管的背栅，在PMOS管区域的硅片上间隔的设置有大有源区、小有源区和场区，所述大、小有源区的上表面设置有栅氧化物和复数个接触孔，所述场区的上表面设置有场氧化物构成大、小有源区之间的隔离，所述小有源区处设置有N+注入扩散区，所述N+注入扩散区与接触孔相连接，构成背栅的引出端，所述大有源区的两端分别设置有P+注入扩散区，两处P+注入扩散区分别与接触孔相连接，构成PMOS管的源极和漏极，在大有源区的两处P+注入扩散区之间设置有P型掺杂多晶硅栅，所述P型掺杂多晶硅栅延伸至场区，构成PMOS管的栅极。

作为本发明的进一步优选方案，所述P型掺杂多晶硅栅和N阱构成的PMOS管的背栅之间将产生功函数差，进而使得PMOS管的栅极下方与背栅表面之间形成一条P型导电沟道。

作为本发明的进一步优选方案，所述P型掺杂多晶硅的厚度为2500?。

作为本发明的进一步优选方案，所述场氧化物的厚度为3500~5000?。

作为本发明的进一步优选方案，所述栅氧化物的厚度为125?。

作为本发明的进一步优选方案，所述N阱从PMOS管区域的硅片表面向下扩散的深度为2~4um。