CN102479813A - 晶体管及其制造方法、芯片及太阳能计算器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底表面上设有源极、漏极和栅极，其中，栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。本发明还公开了一种由上述晶体管制成的芯片和包含该芯片的太阳能计算器。本发明又公开了一种制造上述晶体管的方法，在该方法的栅氧生长步骤中，生长的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。与现有晶体管相比，本发明所述晶体管N型和P型阈值电压的绝对值之和从1.74v降低到了1.4v左右。
Description
技术领域
本发明涉及一种晶体管及其制造所述晶体管的方法，以及由所述晶体管制成的芯片和采用所述芯片的太阳能计算器，适用于0.8微米金属氧化物半导体制造工艺中。
背景技术
目前，市面上民用的计算器以电源类型分类有两种：一种是只能用电池，一种是电池和太阳能双用。对于后一种计算器，即使不安装电池，在普通的室内照明之下使用，也可由内置太阳能电池板供电。
对于电池和太阳能双用的计算器，在使用太阳能供电时，如果室内光线稍暗，容易造成显示屏乱码、功能异常等现象。造成这种现象的原因是芯片的N型和P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压偏高。而金属氧化物半导体晶体管的阈值电压的上限主要与栅极氧化物层可承受的击穿电压有关，此电压主要决定于栅极氧化物层的栅氧厚度。
现有技术中，金属氧化物半导体晶体管的结构如图1所示。该晶体管包括半导体衬底11，在半导体衬底11表面上设有源极12、漏极13和栅极14。传统的用以制造计算器芯片的0.8微米金属氧化物半导体的栅氧15厚度为200埃，N型和P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压的绝对值之和约在1.7v，而光线稍暗时太阳能板的供电电压约在1.4v左右，因此不能使电路正常开启并工作。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明要解决的技术问题之一是提供一种采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，该晶体管的阈值电压较低。
本发明要解决的又一技术问题是提供一种制造上述晶体管的方法，采用该方法制造出的晶体管的阈值电压较低。
本发明要解决的再一技术问题是提供一种基于上述晶体管制造的芯片，该芯片的工作电压较低。
本发明要解决的再一技术问题是提供一种含有上述芯片的太阳能计算器，该太阳能计算器在采用太阳能电池板供电时，即使光线稍暗也能正常工作。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底表面上设有源极、漏极和栅极，所述栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
一种芯片，包括采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，所述晶体管栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
一种太阳能计算器，包括芯片，所述芯片内采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
一种制造上述晶体管的方法，包括如下步骤：定义N阱，P阱注入，定义有源区，场氧生长，栅氧生长，多晶硅生长，定义栅极，定义N型源漏，N型源漏注入，定义P型源漏，P型源漏注入；所述栅氧生长的厚度为125×(1±10％)埃。
本发明所述的金属氧化物半导体晶体管及其制造方法，由于降低了栅极的栅氧厚度，从而使得N型和P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压的绝对值之和从1.7v左右降低到了1.4v左右。采用本发明所述的晶体管制造的芯片，可以在较低的电压下工作。采用本发明所述的芯片制造的太阳能计算器，可以使该计算器在太阳能电池板供电时，即使光线稍暗也能正常工作。
附图说明
图1是现有技术中金属氧化物半导体晶体管的结构示意图；
图2是实施例1中金属氧化物半导体晶体管的结构示意图；
图3是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的N型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的对比图；
图4是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的对比图；
图5是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的N型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线图；
图6是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的P型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线图；
图7是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的N型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线图；
图8是实施例1中栅氧厚度分别为200A与125A的P型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线图；
图9是实施例10中制造金属氧化物半导体晶体管的方法流程图。
具体实施方式
本发明的核心思想是：在0.8微米金属氧化物半导体制造工艺中，通过降低金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度的方式，实现降低N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的绝对值之和的目的。下面结合实施例和附图对本发明进行详细描述。
实施例1
图2示出了本实施例中采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管的结构。该晶体管包括半导体衬底11，在半导体衬底11表面上设有源极12、漏极13和栅极14。其中，半导体衬底11为P阱或N阱，栅极14的栅氧15厚度为125A(埃)。晶体管通过栅极电压控制源漏电流，栅氧厚度控制阈值电压。
下面通过实验验证当晶体管栅极的栅氧厚度为125埃时晶体管的阈值电压值变化。在实验过程中，用5片0.8微米金属氧化物半导体晶体管做栅氧厚度的试验，2片制造成200A，3片制造成125A，分别对N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压进行测试。表1示出了栅氧厚度分别为200A与125A的N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压，图3与图4示出了栅氧厚度分别为200A与125A的N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的对比图。由下表和图3的结果可以看出N型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压可以从0.77v降低到0.57v，P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压可以从-0.97降低到-0.77v，N型金属氧化物半导体晶体管和P型金属氧化物半导体晶体管的阈值电压绝对值之和可从1.74v降低为1.34v，从而使计算器可以在更低的电压下也可以工作，解决了太阳能计算器在光线稍暗时不能正常工作的问题。
| 栅氧200A | 栅氧125A | |
| N型金属氧化物半导体晶体管阈值电压 | 0.77v | 0.57v |
| P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压 | -0.97v | -0.77v |
| 阈值电压绝对值之和 | 1.74v | 1.34v |
表1
图5与图6示出了栅氧厚度分别为200A与125A的N型与P型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线。其中，曲线51是栅氧厚度为200A的N型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线，曲线52是栅氧厚度为125A的N型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线；曲线61是栅氧厚度为200A的P型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线，曲线62是栅氧厚度为125A的P型金属氧化物半导体晶体管的输出特性曲线。由图5与图6中栅氧厚度为200A晶体管的输出特性曲线51、61与125埃的晶体管的输出特性曲线52、62可以看出：在相同的漏极电压Drain V和栅极电压Gate V下，125A栅氧厚度的晶体管比200A的漏极电流大，这意味着125A栅氧厚度的晶体管比200A栅氧厚度的晶体管更容易开启，实现了降低N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的绝对值的目的。N型金属氧化物半导体(NMOS)和P型金属氧化物半导体(PMOS)都表现出了这种特性，而且曲线没有变形。
图7与图8示出了栅氧厚度分别为200A与125A的N型与P型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流DrainI-跨导Gm的关系曲线图。其中，曲线71是栅氧厚度为200A的N型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线，曲线72是栅氧厚度为125A的N型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线；曲线81是栅氧厚度为200A的P型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线，曲线82是栅氧厚度为125A的P型金属氧化物半导体晶体管的漏源电流-跨导的关系曲线。跨导Gm的大小反映了栅源电压对漏极电流的控制作用。从图中可以看出栅氧厚度为125A的晶体管的跨导Gm比栅氧厚度为200A的晶体管的更大，即表明栅氧厚度为125A的晶体管的栅源电压对漏极电流的控制能力比栅氧厚度200A的晶体管的控制能力更强，也说明栅氧厚度为125A的晶体管的阈值电压更低，而且，栅氧厚度为200A的晶体管的漏源电流DrainI-跨导Gm的关系曲线71、81与125A的曲线72、82形状相似，没有变形。
由图5、图6、图7和图8可以看出，栅氧厚度为125A的晶体管的输出特性曲线与漏源电流-跨导的关系曲线图均正常，没有变形，说明本实施例所述晶体管是可实现本发明目的的。
实施例2
与实施例1不同的是：本实施例中金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为112.5埃，其降低的N型和P型金属氧化物半导体晶体管阈值电压的绝对值之和(以下简称阈值电压)比实施例1中的晶体管稍低。通过实验可知，当栅氧厚度为112.5埃时，晶体管的阈值电压为1.26v左右，进一步减小了晶体管的阈值电压。当然，晶体管栅极的栅氧厚度越小，对其制造工艺的精度要求越高。而且，如果晶体管栅极的栅氧厚度过低，在使用时当电压高于额定工作电压时，晶体管栅极容易被击穿，造成晶体管损坏。
实施例3
与实施例1不同的是：本实施例中金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为137.5埃，其降低的阈值电压比实施例1中的晶体管稍高。通过实验可知，当栅氧厚度为137.5埃时，晶体管的阈值电压为1.37v左右，仍然小于1.4v，同样可以实现在工作电压为1.4v时晶体管仍然能够工作的目的。
实施例4
本实施例记载了一种芯片，包括实施例1中所述金属氧化物半导体晶体管。其中，金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为125埃。通过实验可知，当金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为125埃时，其阈值电压为1.34v，包含上述晶体管的芯片的工作电压也为1.34v。通过减少晶体管栅极的栅氧厚度的方式，实现了降低晶体管的阈值电压，进而降低包含上述晶体管的芯片的工作电压的目的。
实施例5
与实施例4不同的是：芯片内金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为112.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为112.5埃时，晶体管的阈值电压为1.26v左右，进一步降低了晶体管的阈值电压，进而进一步降低了包含上述晶体管的芯片的工作电压。
实施例6
与实施例4不同的是：芯片内金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为137.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为137.5埃时，晶体管的阈值电压为1.37v左右，比实施例4中所述晶体管的阈值电压稍高，但仍然小于1.4v，同样可以使得包含上述晶体管的芯片在电压为1.4v时仍然能够正常工作。
实施例7
本实施例记载了一种太阳能计算器，该计算器采用的芯片由0.8微米工艺制造，芯片内金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为125埃。这种晶体管的N型和P型阈值电压的绝对值之和在1.34v左右，能够使得计算器在采用太阳能供电时即使光线稍暗太阳能板的供电电压约在1.4v左右时也能正常工作。
实施例8
与实施例7不同的是：太阳能计算器采用的芯片内金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为112.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为112.5埃时，晶体管的阈值电压为1.26v左右，包含该晶体管的芯片的工作电压也为1.26v左右。与实施例7相比，进一步降低了太阳能计算器的工作电压。
实施例9
与实施例7不同的是：太阳能计算器采用的芯片内金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为137.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为137.5埃时，晶体管的阈值电压为1.37v左右，比实施例7中所述晶体管的阈值电压稍高，但仍然小于1.4v，同样可以使得太阳能计算器在电压为1.4v时仍然能够正常工作。
实施例10
图9示出了本实施例中采用0.8微米制造工艺制造金属氧化物半导体晶体管的方法流程。该方法包括以下步骤：
(1)定义N阱；
(2)P阱注入；
(3)定义有源区；
(4)场氧生长；
(5)栅氧生长，生长的栅氧厚度为125埃；
(6)多晶硅生长；
(7)定义栅极；
(8)定义N型源漏；
(9)N型源漏注入；
(10)定义P型源漏；
(11)P型源漏注入；
(12)后段工艺步骤。
该方法与传统的制造金属氧化物半导体晶体管的方法的主要区别在于：步骤(5)中，生长的栅氧厚度为125A。表2和表3分别示出了栅氧厚度为200A的晶体管与栅氧厚度为125A的晶体管在制造工艺上的区别。由表2和表3可以看出：两者的根本区别在于栅氧时间(即通入HCL时间)，200A的栅氧时间是37.5分钟，125A的栅氧时间为17.5分钟。
表2
表3
采用这种方法制造的晶体管结构如图2所示。该晶体管的N型和P型阈值电压的绝对值之和从1.74v降低到了1.4v以下。
实施例11
与实施例10不同的是：步骤(5)中生长的栅氧厚度为112.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为112.5埃时，晶体管的阈值电压为1.26v左右，进一步减小了晶体管的阈值电压。晶体管栅极的栅氧厚度越小，对步骤(5)的精度要求越高。如果晶体管栅极的栅氧厚度过低，在使用时当电压高于额定工作电压时，晶体管栅极容易被击穿，造成晶体管损坏。
实施例12
与实施例10不同的是：步骤(5)中生长的栅氧厚度为137.5埃。通过实验可知，当栅氧厚度为137.5埃时，晶体管的阈值电压为1.37v左右，仍然小于1.4v，同样可以实现在工作电压为1.4v时晶体管仍然能够工作的目的。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，包括半导体衬底，在半导体衬底表面上设有源极、漏极和栅极，其特征在于：所述栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
2.如权利要求1所述的晶体管，其特征在于：所述栅极的栅氧厚度为125埃。
3.一种芯片，包括采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管，其特征在于：所述晶体管栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
4.如权利要求3所述的芯片，其特征在于：所述栅极的栅氧厚度为125埃。
5.一种太阳能计算器，包括芯片，其特征在于：所述芯片内采用0.8微米工艺制造的金属氧化物半导体晶体管栅极的栅氧厚度为125×(1±10％)埃。
6.如权利要求5所述的太阳能计算器，其特征在于：所述栅极的栅氧厚度为125埃。
7.一种制造权利要求1所述晶体管的方法，包括如下步骤：定义N阱，P阱注入，定义有源区，场氧生长，栅氧生长，多晶硅生长，定义栅极，定义N型源漏，N型源漏注入，定义P型源漏，P型源漏注入；其特征在于：所述栅氧生长的厚度为125×(1±10％)埃。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于：所述栅氧生长的厚度为125埃。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN2010105557329A CN102479813A (zh) | 2010-11-22 | 2010-11-22 | 晶体管及其制造方法、芯片及太阳能计算器 |
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Citations (2)
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2010
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