[发明专利]具有穿通抑制的先进晶体管

说明书

本发明提供一种具有穿通抑制的先进晶体管和管芯，所述管芯包括：衬底，衬底为单个半导体材料的单晶；多个场效应晶体管结构，由衬底支撑；其中至少一个晶体管结构具有在栅极下方且在所述源极与漏极之间延伸的多个不同的掺杂区域，注入多个掺杂区域来为所述晶体管结构中的至少一个限定p型或n型材料的掺杂剂分布，掺杂剂分布在距离栅极的第一深度处具有峰掺杂剂浓度并且在距离栅极的第二深度处具有第一中间掺杂剂浓度，第一中间掺杂剂浓度低于峰掺杂剂浓度；多个晶体管结构中的每个包括通常由无掺杂的均厚外延生长形成的沟道区域，沟道区域直接位于在单半导体材料的单晶中形成的阈值电压控制区域之上，阈值电压控制区域与第一中间掺杂剂浓度相关。

本申请是申请号为201180035830.2、发明名称为“具有穿通抑制的先进晶体管”、申请日为2011年06月21日的发明专利申请的分案申请。

相关申请

本申请要求2009年9月30日提交的美国临时申请No.61/247300的优先权，将该临时申请的公开内容通过引用并入于此。本申请还要求其公开内容通过引用并入于此的2009年11月17日提交的美国临时申请No.61/262122以及其公开内容通过引用并入于此的2010年2月18日提交的、发明名称为“Electronic Devices and Systems,and Methods forMaking and Using the Same”的美国专利申请No.12/708497的优先权。本申请还要求其公开内容通过引用并入于此的2010年6月22日提交的美国临时申请No.61/357492的优先权。

技术领域

本公开内容涉及形成具有包括增强的穿通(punch through)抑制的改进的工作特性的先进晶体管的结构和工艺。

背景技术

期望将多个晶体管适配到单个管芯，以减小电子设备的成本并改进其功能能力。半导体制造商所采用的常见策略是简单地减小场效应晶体管(FET)的栅极尺寸，并且按比例缩小晶体管源极、漏极以及晶体管之间的所需互连的面积。然而，由于称为“短沟道效应”的效应，所以简单地按比例缩小并不总是可能的。短沟道效应在晶体管栅极下的沟道长度与工作晶体管的耗尽深度的大小可比较时特别严重，短沟道效应包括阈值电压减小、严重的表面散射、漏极感应势垒降低(DIBL)、源极-漏极穿通以及电子迁移率问题。

减轻某些短沟道效应的常规解决方案可以涉及袋状物(pocket)注入或源极和漏极周围的晕环(halo)注入。晕环注入可以关于晶体管的源极和漏极对称或不对称，并且通常在晶体管阱与源极和漏极之间提供平滑的掺杂剂梯度。不幸的是，虽然这样的注入改善了诸如阈值电压滚降(rolloff)和漏极感应势垒降低等某些电气特性，但是所得到的增大的沟道掺杂对电子迁移率产生不利的影响，这主要是因为沟道中的掺杂剂散射增大。

许多半导体制造商都试图通过采用新的晶体管类型(包括全部或部分耗尽的绝缘体上硅(SOI)晶体管)来减小短沟道效应。SOI晶体管构建在绝缘体层之上的薄硅层上，具有使短沟道效应最小化的未掺杂的或低掺杂沟道，并且不需要深阱注入或晕环注入来工作。不幸的是，形成合适的绝缘体层十分昂贵且难以完成。早期的SOI器件构建在绝缘蓝宝石晶片上而非硅晶片上，并且因为成本高，通常仅用于特殊应用(例如军用航空电子设备或卫星)。现代的SOI技术可以使用硅晶片，但需要昂贵且费时的额外的晶片处理步骤来制作延伸跨越器件质量单晶硅的表面层下的整个晶片的绝缘氧化硅层。

在硅晶片上制作这样的氧化硅层的一种常用方法需要高剂量氧离子注入和高温退火，以在体硅晶片中形成埋入氧化物(BOX)层。或者，可以通过将一个硅晶片键合到表面上具有氧化物层的另一硅晶片(“处理”晶片)来制造SOI。使用在处理晶片的BOX层的顶部上留下单晶硅的薄晶体管质量层的工艺来将这对晶片分开。这就是所谓的“层转移”技术，因为该技术将薄硅层转移到处理晶片的热生长氧化物层上。