低电阻率闸极导体之半绝缘扩散阻障层

摘要

半导体装置，尤其是CMOS技术这类应用中的MOSFET的一种闸极结构。闸极结构需要在半导体基板上的一个电绝缘层，在其上形成一个多晶矽闸极。该闸极结构还包括闸极导体，它通过具有半绝缘性质的扩散阻障层在电气上和闸极相连接。扩散阻障层的组分和厚度调节到能有效地阻止闸极导体和多晶矽闸极之间的扩散和交互混合，但却提供足够的电容耦合及/或电流漏泄以便不明显地增加闸极结构的闸极传播延迟。

主权项

1.一种在半导体基片上形成的半导体装置,该半导体装置包括:在基片上的电绝缘层;在电绝缘层上的闸极;在电极上的半绝缘扩散阻障层,该半绝缘扩散阻障层具有高于10-2欧姆-公分的电阻率;和与扩散阻障层接触的导体,以使其与电极有电接触,这使得在给导体加上一个电压时在电极上感生闸极电荷;其中的扩散阻障层具有足够的厚度,以有效地阻止导体和电极间的扩散和相互混合。2.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层具有以埃为单位的厚度,它小于:tidb / 3i其中ti是单位为埃的绝缘层厚度,db 是扩散阻障层的介电常数,而i是绝缘层的介电常数。3.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层在受到1伏的偏压时具有小于1A /m2的电流漏泄。4.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层在受到1伏的偏压时具有10-8到1A /m2的电流漏泄。5.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层是一种量子导电材料且其厚度小于25埃。6.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层是由一组包括氧化矽、氮化矽和氮氧化矽中所选择的材料形成的。7.如申请专利范围第6项之半导体装置,其中扩散阻障层的厚度小于25埃。8.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层用一组包括砷、磷和金属中所选择的一种或多种掺杂剂来掺杂。9.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层的厚度足够的薄以便引起通过导体和电极之间的电容耦合向电极充电。10.如申请专利范围第9项之半导体装置,其中的扩散阻障层的厚度为约5埃或更小。11.如申请专利范围第9项之半导体装置,其中的电容耦合基本上引起所有闸极充电。12.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的闸极的充电至少要达到加在导体上的电压的75%。13.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的扩散阻障层的厚度足以在温度高于900℃时有效地阻止在导体和电极之间的扩散和相互混合。14.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的导体是从一组包括钨、矽化钛、钴和矽化钴中选择的材料。15.如申请专利范围第1项之半导体装置,其中的半导体装置是在矽基片中形成的MOSFET,电绝缘层是MOSFET的闸极氧化物层,电极是MOSFET的闸极,而导体是MOSFET的闸极导体。16.一种在半导体基片上形成的MOSFET,该MOSFET具有闸极结构,该结构包括:在基片上的闸极氧化物层;在闸极氧化物层上的多晶矽闸极以限定该MOSFET的沟道;在矽电极上的半绝缘扩散阻障层,该扩散阻障层具有小于25埃的厚度,超过10-2欧姆-公分的电阻率,以及在受到1伏偏压时小于1A/m2的电流漏泄;以及与该半绝缘扩散阻障层接触的闸极导体以便在电气上接触该闸极,这使得通过在闸极导体上施加一个电压而在闸极上感应开极电荷,闸极电荷至少加在导体上的电压的75%;其中扩散阻障层的厚度和电流漏泄是这样的,即扩散阻障层能在温度超过900℃时有效地阻止在闸极导体和闸极之间的扩散和相互混合。17.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中的扩散阻障层的以埃为单位的厚度小于tidb / 3i其中ti是单位为埃的绝缘层的厚度,db是扩散阻障层的介电常数,而i 是绝缘层的介电常数。18.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中扩散阻障层的电流漏泄在受到1伏的偏压时小于10-2A/m2。19.如申请专利范围第16项之MOSFET,其中扩散阻障层的电流漏泄在受到1伏的偏压时小于10-4A/m2。20.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中的扩散阻障层是一种量子导电材料。21.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中的扩散阻障层是从一组包括氧化矽、氮化矽和氮氧化矽中所选择的材料形成的。22.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中的扩散阻障层用从一组包括砷、磷和金属中选择的一种或多种掺杂剂掺杂。23.如申请专利范围第16项之MOSFET ,其中的扩散阻障层足够的薄以引起由闸极导体和闸极之间的电容耦合而使闸极充电。24.如申请专利范围第23项之MOSFET ,其中的电容耦合基本上引起全部闸极充电。25.如申请专利范围第24项之MOSFET ,其中扩散阻障层的厚度约为5埃或更小。26.一种在半导体基片上形成半导体装置的方法,该方法包括下列各步:在基片上形成一层电绝缘层;在电绝缘层上形成闸极;在电极上形成半绝缘的扩散阻障层,该半绝缘的扩散阻障层具有超过10-2欧姆-公分的电阻率;在扩散阻障层上形成一个导体,以便电接触该电极;然后对导体施加一个电压以便在电极上感应闸极电荷;其中的扩散阻障层具有足够的厚度,以有效地阻止导体和电极间的扩散和相互混合。27.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层在形成时所具有的厚度以埃为单位要小于tidb / 3i其中ti是以埃为单位的绝缘层厚度,db是扩散阻障层的介电常数,而i是绝缘层的介电常数。28.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层在受到1伏的偏压时所具有的电流漏泄为小于1A /m2。29.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层在受到1伏的偏压时所具有的漏泄电流为10-8到1A/m2 。30.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层是一种量子导电材料,且其厚度为小于25埃。31.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层是用从一组包括氧化矽、氮化矽和氮氧化矽中选择的材料形成的。32.如申请专利范围第31项之方法,其中的扩散阻障层的厚度为小于25埃。33.如申请专利范围第26项之方法,还包括用从一组包括砷、磷和金属中选择的一种或多种掺杂剂对扩散阻障层进行掺杂的步骤。34.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层足够的薄以引起通过导电和电极之间的电容耦合而对电极进行充电。35.如申请专利范围第34项之方法,其中的扩散阻障层的厚度是5埃或更小。36.如申请专利范围第34项之方法,其中的电容耦合基本上引起所有闸极充电。37.如申请专利范围第26项之方法,其中闸极的充电至少要达到加在导体上的电压的75%。38.如申请专利范围第26项之方法,其中的扩散阻障层的厚度足够在高于900的温度下有效地阻止在导体和电极之间的扩散和相互混合。39.如申请专利范围第26须之方法,其中的导体是用由一组包括钨、矽化钛、钴和矽化钴中选择的材料形成的。40.如申请专利范围第26项之方法,其中的半导体装置是在矽基片上形成的MOSFET,电绝缘层是MOSFET的闸极氧化物层,电极是MOSFET的闸极,而导体是MOSFET的闸极导体。图式简单说明:图1表示按照本发明的具有连续半绝缘扩散阻障层的闸极结构。图2是表示在加上1伏的阶层电压时具有不同电流漏泄的闸极结构的暂态回应的曲线。图3是闸极传播延迟对通过不同厚度的半绝缘扩散阻障层的电流漏泄间的关系曲线。图4是本发明的半绝缘扩散阻障层阻障层电流漏泄所具有的对闸极传播延迟的影响的曲线。