一種基于非自對準cmos結(jié)構(gòu)的太赫茲探測器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及太赫茲探測器領(lǐng)域和MOSFET領(lǐng)域，特別是設(shè)及到一種采用非自對準 CMOS工藝的MOSFET結(jié)構(gòu)，其可W有效提高太赫茲探測器的性能。
【背景技術(shù)】
[0002] 太赫茲是一種頻率介于紅外和微波之間的電磁波。由于太赫茲的空間分辨率和時 間分辨率很高使得太赫茲成像技術(shù)成為目前研究熱點之一。同時許多非金屬極性材料對太 赫茲射線吸收較小，因此能夠探測材料內(nèi)部信息，加之太赫茲電磁能量較小，不會對物質(zhì)產(chǎn) 生破壞作用，且生物分子振動和轉(zhuǎn)動頻率的共振頻率均在太赫茲波段，因此太赫茲在安全 檢查和醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用前景。
[0003] 太赫茲探測器是太赫茲成像技術(shù)的關(guān)鍵部件之一，其核屯、是太赫茲天線和混頻器 (例如CMOS器件）。利用集成電路工藝將太赫茲天線與CMOS混頻器集成在忍片上，實現(xiàn)低 成本的微小太赫茲探測器件是未來太赫茲技術(shù)實用化的重要途徑。圖1為基于傳統(tǒng)自對準 CMOS工藝技術(shù)的太赫茲探測器中MOS陽T結(jié)構(gòu)圖。探測器制作在P型襯底109上，兩個重滲 雜n區(qū)形成源端101和漏端102,重滲雜的多晶娃區(qū)作為柵103, 一層薄Si〇2層108使柵與 襯底隔離。器件的工作區(qū)在柵氧化下的溝道區(qū)。如果襯底109是n型襯底，源端101與漏 端102是P+型，器件工作原理與上述器件類似，W下不限于此說明。通常CMOS太赫茲探測 器結(jié)構(gòu)中MOSFET的源端101和漏端102是對稱的，使用時源端101和漏端102的作用可W 互換。現(xiàn)有技術(shù)在溝道中靠近漏極的附近設(shè)置一個低滲雜的漏區(qū)（或源區(qū)104、105)，讓該 低滲雜的漏區(qū)也承受部分電壓，運種結(jié)構(gòu)可防止熱電子退化效應(yīng)。實際上，現(xiàn)在運種結(jié)構(gòu)已 經(jīng)成為了大規(guī)模集成電路中MOS陽T的基本結(jié)構(gòu)。106、107為側(cè)墻氧化娃。
[0004] 目前，為了獲得更高響應(yīng)的CMOS太赫茲探測器，一般采用先進集成電路制程工藝 研制更小的CMOS太赫茲探測器。然而，先進制程工藝的使用使得CMOS太赫茲探測器的成 本急劇增加；另一方面研究表明[1]，器件的電壓響應(yīng)隨器件的輸入阻抗變化而變化。當 MOSFET器件工作在直流條件時，器件的源柵輸入阻抗只與器件的輸入端電阻相關(guān)；但是當 MOSFET的輸入信號為高頻信號，器件的輸入阻抗還要受到輸入端寄生電容的影響。MOSFET 器件的輸入端電容主要由柵源交疊電容、氧化層電容和源與襯底間寄生電容組成，其中柵 源交疊電容對器件的輸入阻抗起到了重要的作用。對于傳統(tǒng)的對稱的MOSFET器件，因為采 用標準的自對準工藝實現(xiàn)，進行源端離子注入時，由于離子橫向擴散，運樣就會產(chǎn)生很大的 源柵交疊面積。該交疊面積的尺寸越大則源柵交疊電容就越大，導(dǎo)致基于MOSFET的太赫茲 探測性能降低。 陽00引參考文獻：
[0006] [1]E. (ijefors，U. Pf eiffer, A. Lisauskas, and H. Roskos "A 0? 65 THz Focal-Plane Array in a Quarter-Micron CMOS Process Technology" IEEE Journal of Solid-State Circuits, vol. 44, no. 7, pp. 1968-1976 (2009).

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種減小源柵交疊電容的MOSFET探測 器新結(jié)構(gòu)。尤其是非自對準MOSFET結(jié)構(gòu)，運種非自對準MOSFET結(jié)構(gòu)通過減小源端離子注 入后擴散到柵氧化層下的長度，減小源端區(qū)域與柵端區(qū)域的交疊面積，從而減小源端寄生 交疊電容，提高了MOSFET的輸出電壓響應(yīng)率馬，并降低了器件的噪聲等效功率肥P，實現(xiàn)對 太赫茲信號的高性能探測。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是：基于非自對準CMOS工藝的MOS陽T結(jié)構(gòu)的太赫茲探測器，其 特征是P型襯底209上兩個n型滲雜區(qū)分別為源極區(qū)201和漏極區(qū)202,源極區(qū)201和漏 極區(qū)202的中央上面為Si02層208,重滲雜多晶娃區(qū)為柵極203, SiO2層208置于柵極203 與襯底209之間，MOSFET源端區(qū)域201與漏端區(qū)域202相對于多晶娃柵203非對稱分布； MOS陽T源端區(qū)域的L孤204擴散到柵極區(qū)域203下的長度小于漏端區(qū)域的L孤205擴散到 柵極區(qū)域203下的長度；或者是MOSFET源端區(qū)域的L孤204擴散到柵極區(qū)域203下的長度 小于采用自對準工藝技術(shù)生產(chǎn)的傳統(tǒng)MOSFET的源端區(qū)域的L孤104擴散到柵極區(qū)域103 下的長度；該MOSFET的源端區(qū)域201與柵極區(qū)域203的交疊面積小于傳統(tǒng)MOSFET的源柵 交疊面積；柵極側(cè)面為側(cè)墻氧化娃。
[0009] 該非對稱MOSFET柵源交疊面積較小，其具有較小的柵源交疊電容。
[0010] 基于非自對準CMOS結(jié)構(gòu)的太赫茲探測器的制備方法：實現(xiàn)本發(fā)明提出的基于非 自對準CMOS工藝的MOS陽T結(jié)構(gòu)可W基于傳統(tǒng)CMOS工藝技術(shù)；進行MOS陽T的源端輕滲雜 漏工藝（LDD)時，通過改變源端刻蝕掉的光刻膠掩蔽層的位置，來增加源端離子注入?yún)^(qū)域 邊緣偏移多晶娃柵極區(qū)域邊緣的橫向距離；進行源端離子重滲雜時，使用與輕滲雜漏工藝 相同的光刻膠掩膜板。
[0011] 通過調(diào)節(jié)源端離子注入?yún)^(qū)域邊緣與柵極區(qū)域邊緣的橫向距離，減小源端離子注入 后擴散到柵極下的長度，實現(xiàn)減小柵極區(qū)域與源極區(qū)域的交疊電容。
[0012] 增加源端離子注入?yún)^(qū)域邊緣與柵極區(qū)域邊緣的橫向距離，減小柵極203與源極 201之間的交疊電容，從而提高MOSFET的源柵輸入阻抗；進而可W有效提高MOSFET的電壓 響應(yīng)率并降低噪聲等效功率。
[0013] 輕滲雜漏工藝和源漏重滲雜工藝的步驟：MOS陽T進行輕滲雜漏工藝（L孤）時，源 端離子注入?yún)^(qū)域的邊緣偏移柵極區(qū)域邊緣的橫向距離為Ws;低濃度離子注入后，源端的LDD 301擴散到柵極區(qū)域303下面的長度Ls小于采用自對準工藝技術(shù)生產(chǎn)的MOS陽T的源端的 LDD104擴散到柵極區(qū)域103下面的長度；完成CMOS的輕滲雜漏工藝之后，為了防止大劑 量的源漏注入過于接近溝道從而導(dǎo)致溝道過短甚至源漏連通，在多晶娃柵的兩側(cè)形成二氧 化娃側(cè)墻406和407 ;其實現(xiàn)方案為：在薄膜區(qū)利用化學(xué)氣相淀積設(shè)備淀積一層二氧化娃， 然后利用干法刻蝕工藝刻掉運層二氧化娃；由于所用刻蝕劑的各向異性，刻蝕掉了絕大部 分的二氧化娃，多晶娃的側(cè)墻上保留了一部分二氧化娃；二氧化娃側(cè)墻形成之后，進行源漏 重滲雜；
[0014] 源漏重滲雜工藝所使用的掩膜板409與LDD工藝所使用的掩膜板304為同一塊掩 膜板；由于側(cè)墻的存在，減小了離子擴散到柵氧化層下面，同時源端離子注入?yún)^(qū)域偏離柵極 區(qū)域，增加了擴散之后源端重滲雜區(qū)401與柵極區(qū)403的橫向距離，減小了柵極區(qū)域與源端 重滲雜區(qū)域的交疊面積；通過改變MOSFET的源端離子注入?yún)^(qū)域偏移柵極區(qū)域的橫向距離 Ws，有效地減小了源端的LDD離子注入之后擴散到柵極區(qū)域下面的長度Ls，從而減小了柵源 交疊面積，即減小了柵源交疊電容，提高了探測器的輸出電壓響應(yīng)率Ry并降低了噪聲等效 功率肥P。
[001引所述的MOS陽T的探測器的工作方法，在晶體管的柵極203上施加一個直流偏置電 壓，源端201直流接地，漏端202浮空，從源端201輸入太赫茲信號，從漏端202輸出探測器 響應(yīng)電壓信號。
[0016] 根據(jù)MOS陽T的輸出電壓響應(yīng)馬與柵源交疊電容Cg,。的關(guān)系公式： 陽017]
飢
[0018] r.為源極區(qū)域寄生電阻，為柵-源電阻，CO為太赫茲頻率，Cgg為柵源氧化層電 容，Cgs。為柵源交疊電容，Vg為柵極工作電壓，Vth為器件闊值電壓。通過增加MOSFET的源 極區(qū)域201邊緣與柵極區(qū)域203邊緣之間的橫向距離有效地減小柵源實際交疊面積，從而 降低柵源交疊電容Cgg。，最終提高晶體管的輸出電壓響應(yīng)馬。另一方面，晶體管的噪聲等效 功率肥P為；
[0019]
燃
[0020] ke為玻爾茲曼常量，T為絕對溫度，Rdg為源-漏溝道電阻。由于提高了太赫茲探測 器的輸出電壓響應(yīng)馬，晶體管的噪聲等效功率也得到了減小，因此采用基于非自對準CMOS 工藝技術(shù)的MOSFET結(jié)構(gòu)可W獲得更好的CMOS太赫茲探測器性能。
[0021] 本發(fā)明的有效效益為：本發(fā)明中的基于非自對準CMOS工藝技術(shù)的MOSFET結(jié)構(gòu)與 基于自對準工藝的MOSFET結(jié)構(gòu)相比，通過增加源端離子注入?yún)^(qū)域邊緣與多晶娃柵極區(qū)域 邊緣之間的橫向距離，縮短了源端離子注入之后擴散到柵極氧化層下的長度，有效地減小 了源端與柵端之間的交疊電容，從而增加了器件的高頻輸入阻抗，提高了器件的輸出電壓 響應(yīng)Rv,W及減小了噪聲等效功率肥P。
【附圖說明】 陽02引圖1 :基于自對準CMOS工藝技術(shù)的對稱MOS陽T剖面結(jié)構(gòu)圖； 陽02引圖2 :采用非自對準CMOS工藝技術(shù)的MOS陽T剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3 :進行源漏L孤注入的MOS陽T剖面結(jié)構(gòu)圖； 陽02引 圖4進行源漏重滲雜注入的MOS陽T剖面結(jié)構(gòu)圖；
[0026] 圖5 :TCAD仿真計算得到的不同源端偏移距離Ws下的器件電壓響應(yīng)Ry。
【具體實施方式】
[0027] 為使本發(fā)明的內(nèi)容更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細 描述。
[0028] 圖2為本發(fā)明所述的可W有效提高太赫茲探測器性能的MOSFET剖面結(jié)構(gòu)圖。 MOS陽T器件制作在P型襯底209上，兩個n型滲雜區(qū)分別為源極區(qū)201和漏極區(qū)2