具有第IVA族离子注入的MOSFET的结构与制造方法技术

本发明专利技术揭露一种具有第IVA族离子注入的MOSFET的结构与制造方法，第IVA族离子注入层设置于基极之中，且第IVA族离子注入层接近于该栅极氧化层与该基极的交界面；其中，第IVA族离子注入层用来改变结构的一通道的性质。本发明专利技术提出的第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构与制造方法可用来改善栅极氧化层品质，提升场效电子迁移率。

【技术实现步骤摘要】
具有第IVA族离子注入的MOSFET的结构与制造方法
本专利技术是关于一种具有第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor，MOSFET)的结构与制造方法，尤指一种栅极氧化层进行氧化前利用第IVA族离子注入(implant)改善4H-SiC氧化的结构与制造方法。
技术介绍
在先前技术中，碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管的场效电子迁移率过低(5～10cm2/V·s)一直是碳化硅器件最大的缺点，近年来已经发展出使用氧化后一氧化氮热退火可以让电子迁移率有效提升至约30cm2/V·s。澳洲格里菲斯大学的Hui-fengLi于1997年提出在6H-SiC金属氧化物半导体电容(MOSC)在氧化工艺后经过一氧化氮(NO)与氧化亚氮(N2O)环境下的快速加热工艺(Rapidthermalprocess,RTP)，实验发现经过NORTP工艺的MOSC测量到的交界面缺陷密度(Interfacetrapdensity,Dit)比一般工艺测量到的结果还低。2001年，奥本大学G.Y.Chung.et.al把这个技术利用在4H-SiC水平型MOSFET，氧化后经过1175℃,1atm,2hr,NO热退火，成功将通道(Channel)电子迁移率从5cm2/V·s提高到37cm2/V·s。原因是其中氮原子会进入SiC/SiO2接口与Si形成键结，移除Si与C键结，C与C之间的键结也变少。2010年，奈良先端科学技术大学院大学DaiOkamoto发表新的热退火技术，改由三氯氧磷(POCl3)、氮气(N2)与氧气(O2)的混合气体，在1000℃环境下持续10min，这项研究成功将通道电子迁移率提升至89cm2/V·s，不过也连带造成副作用就是阈值电压(ThresholdVoltage，VTH)急剧变小。
技术实现思路
本专利技术提出第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构与制造方法来改善栅极氧化层品质，提升场效电子迁移率。本专利技术不同于已知技术提升电子迁移率，而是栅极电极(GateElectrode)氧化前，先在基极(Body)表面注入第IVA族离子，通过改变基极表面结构而影响栅极氧化现象，减少缺陷密度增加通道电子迁移率。本专利技术提出第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构与制造方法，用以改变阈值电压(ThresholdVoltage，VTH)。本专利技术一实施例揭露一种具有第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构，包含：一基极(Body)；一栅极电极，该栅极电极与该基极之间具有一栅极氧化层；以及一第IVA族离子注入层，设置于该基极之中，且该第IVA族离子注入层接近于该栅极氧化层与该基极的交界面；其中，该第IVA族离子注入层用来改变该结构的一通道(Channel)的性质。一种具有第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构的制造方法，包含：一基极注入工艺：将一铝离子注入于一基极中；一源极层或一漏极层的离子注入工艺：利用一光刻工艺定义出该源极层或该漏极层的区域，将一磷离子注入于该源极层或该漏极层中；将一第IVA族离子注入于距离该源极层、或该漏极层、或该基极的表面的一预设深度，以形成一第IVA族离子注入层于接近该源极层、或该漏极层、或该基极的表面。附图说明以下将配合所附图式详述本专利技术的实施例。应注意的是，依据产业上的标准做法，各种特征并未按照比例绘制且仅用以说明例示。事实上，可能任意地放大或缩小器件的尺寸，以清楚地表现出本专利技术的特征。图1～3显示本专利技术一实施例示意图。图4为Si离子注入浓度对深度图。图5a～图5d为实验流程图。图6a、6b为测量直径为200μm的电容得到的CV图形。图6c、6d为Hi-LoCV测量图。图6e为Hi-Lo换算的Dit位置分布图。图6f为电流密度-电场(Jg-εOX)图。图6g为SEM测量观察标准工艺实际氧化层厚度的结果。图6h为SEM测量观察硅离子注入工艺实际氧化层厚度的结果。图7a到图7d为器件的IdVg与IdVd测量结果。图8a、图8b为变温IdVg。附图标记：结构100、200、300基极101、201、301栅极电极102、202、302第IVA族离子注入层103、203、303栅极氧化层104、204、304源极层105、205、305源极电极106、206、306漏极层107漏极电极108、207、307漂移层208、308基板209、309具体实施方式请参考图1，图1显示本专利技术一实施例具有第IVA族离子注入的金属氧化物半导体场效应晶体管的结构的示意图，结构100包含：基极101；栅极电极102；第IVA族离子注入层103；栅极氧化层104；源极层105；源极电极106；漏极层107；以及漏极电极108。栅极电极102与基极101之间具有栅极氧化层104，且第IVA族离子注入层103设置于基极101之中，第IVA族离子注入层103接近于栅极氧化层104与基极101的交界面，如虚线所示；其中，第IVA族离子注入层103用来增加结构100的通道的电子迁移率，且第IVA族离子注入层103不设置于栅极氧化层104中。在一实施例中，第IVA族离子可由碳(C)、硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、鈇(Fl)的离子所实现。源极层105设置于基极101的上表面；源极电极106设置于源极层105的上表面，并接触栅极氧化层104的一侧壁，且源极电极106覆盖部分源极层105。漏极层107设置于基极101的上表面；漏极电极108设置于漏极层107的上表面，并接触栅极氧化层104的另一侧壁，且漏极电极108覆盖部分漏极层107。栅极氧化层104覆盖部分源极层105、部分漏极层107以及部分基极101；源极层105与漏极层107为一第一型半导体材料，而基极101为一第二型半导体材料。请注意，当结构100为NMOS晶体管时第一型半导体材料为N型半导体材料，第二型半导体材料为P型半导体材料；当结构100为PMOS晶体管时第一型半导体材料为P型半导体材料，第二型半导体材料为N型半导体材料。在一实施例中，第IVA族离子注入层103设置于源极层105与漏极层107之中，且第IVA族离子注入层103接近于源极层105与源极电极106的交界面、以及源极层105与栅极氧化层104的交界面、漏极层107与漏极电极108的交界面、以及漏极层107与栅极氧化层104的交界面。本结构100由改变基极101表面结构而影响氧化现象，当栅极氧化层104进行氧化反应时，以注入进去的第IVA族离子作为反应物，因不具备一氧化氮(NO)，故减少对基极101的碳化硅(以下简称SiC)键结破坏，以达到减少缺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有第IVA族离子注入的MOSFET的结构，其特征在于，包含：/n一基极；/n一栅极电极，该栅极电极与该基极之间具有一栅极氧化层；以及/n一第IVA族离子注入层，设置于该基极之中，且该第IVA族离子注入层接近于该栅极氧化层与该基极的交界面；/n其中，该第IVA族离子注入层用来改变该结构的一通道的性质。/n

【技术特征摘要】
20180725 TW 1071256451.一种具有第IVA族离子注入的MOSFET的结构，其特征在于，包含：
一基极；
一栅极电极，该栅极电极与该基极之间具有一栅极氧化层；以及
一第IVA族离子注入层，设置于该基极之中，且该第IVA族离子注入层接近于该栅极氧化层与该基极的交界面；
其中，该第IVA族离子注入层用来改变该结构的一通道的性质。


2.如权利要求1所述的结构，其特征在于，该通道的性质包含一通道电子迁移率及一阈值电压。


3.如权利要求2所述的结构，其特征在于，该第IVA族离子注入层用来增加该基极的键结。


4.如权利要求3所述的结构，其特征在于，该第IVA族离子注入层为一硅离子注入层。


5.如权利要求4所述的结构，其特征在于，该硅离子注入层不设置于该栅极氧化层。


6.如权利要求5所述的结构，其特征在于，该结构更包含：
一源极层，设置于该基极的上表面；
一源极电极，设置于该源极层的上表面，并接触该栅极氧化层的一侧壁，且该源极电极覆盖部分该源极层；
一漏极层，设置于该基极的上表面；以及
一漏极电极，设置于该漏极层的上表面，并接触该栅极氧化层的另一侧壁，且该漏极电极覆盖部分该漏极层；
其中，该栅极氧化层覆盖部分该源极层、部分该漏极层以及部分该基极；该源极层与该漏极层为一第一型半导体材料；以及该基极为一第二型半导体材料；以及该硅离子注入层设置于该源极层与该漏极层的中，且该硅离子注入层接近于该源极层与该源极电极的交界面、该源极层与该栅极氧化层的交界面、该漏极层与该漏极电极的交界面、以及该漏极层与该栅极氧化层的交界面。


7.如权利要求5所述的结构，其特征在于，该结构更包含：
一源极层，设置于该基极的上表面，且部分该源极层被该基极包覆；
一源极电极，设置于该源极层的上表面，并接触该栅极氧化层的一侧壁，且该源极电极覆盖部分该源极层；
一漂移层，设置并接触于该栅极氧化层的下表面并包覆该基极；
一基...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄智方，江政毅，王胜弘，洪嘉庆，
申请(专利权)人：黄智方，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71