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1、 新型部分耗盡SOI器件體接觸結(jié)構(gòu)0引言SOI技術(shù)帶來(lái)器件和電路性能提高的同時(shí)也不可避免地帶來(lái)了不利的影響,其中最大的問(wèn)題在于部分耗盡SOI器件的浮體效應(yīng)。當(dāng)器件頂層Si膜的厚度大于最大耗盡層的寬度時(shí),由于結(jié)構(gòu)中氧化埋層的隔離作用,器件開(kāi)啟后一部分沒(méi)有被耗盡的si膜將處于電學(xué)浮空的狀態(tài),這種浮體結(jié)構(gòu)會(huì)給器件特性帶來(lái)顯著的影響,稱之為浮體效應(yīng)。浮體效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生kink效應(yīng)、漏擊穿電壓降低、反常亞閾值斜率等浮體效應(yīng)。由于浮體效應(yīng)對(duì)器件性能帶來(lái)不利的影0 引言 SOI技術(shù)帶來(lái)器件和電路性能提高的同時(shí)也不可避免地帶來(lái)了不利的
2、影響,其中最大的問(wèn)題在于部分耗盡SOI器件的浮體效應(yīng)。當(dāng)器件頂層Si膜的厚度大于最大耗盡層的寬度時(shí),由于結(jié)構(gòu)中氧化埋層的隔離作用,器件開(kāi)啟后一部分沒(méi)有被耗盡的si膜將處于電學(xué)浮空的狀態(tài),這種浮體結(jié)構(gòu)會(huì)給器件特性帶來(lái)顯著的影響,稱之為浮體效應(yīng)。浮體效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生kink效應(yīng)、漏擊穿電壓降低、反常亞閾值斜率等浮體效應(yīng)。 由于浮體效應(yīng)對(duì)器件性能帶來(lái)不利的影響,如何抑制浮體效應(yīng)的研究,一直是SOI器件研究的熱點(diǎn)。針對(duì)浮體效應(yīng)的解決措施分為兩類,一類是采用體接觸方式使積累的空穴得到釋放,一類是從工藝的角度出發(fā)采取源漏工程或襯底工程減輕浮體效應(yīng)。所謂體接觸,就是使埋氧層上方
3、、Si膜底部處于電學(xué)浮空狀態(tài)的中性區(qū)域和外部相接觸,導(dǎo)致空穴不可能在該區(qū)域積累,因此這種結(jié)構(gòu)可以成功地克服MOSFET中的浮體效應(yīng)。 人們采取了很多措施來(lái)抑制浮體效應(yīng),比較常用的如圖1所示,有T型柵、H型柵和BTS結(jié)構(gòu)。但T型柵、H型柵技術(shù)由于p型Si區(qū)體電阻的存在而不能有效抑制浮體效應(yīng),而且溝道越寬體電阻越大,浮體效應(yīng)越顯著。BTS結(jié)構(gòu)直接在源區(qū)形成p+區(qū),其缺點(diǎn)是源漏不對(duì)稱,使得源漏無(wú)法互換,有效溝道寬度減小。而且,源端的接觸引進(jìn)了較大的寄生電容,使得器件性能變差。1 新結(jié)構(gòu)的提出 如圖2所示,本文提出了一種新的體接觸
4、技術(shù),該方法利用局部SIMOX技術(shù),在晶體管的源、漏下方形成離Si表面較近的薄氧化層,采用源漏的淺結(jié)擴(kuò)散,形成側(cè)向體引出結(jié)構(gòu)。未在此基礎(chǔ)上,適當(dāng)加大了Si膜厚度來(lái)減小體引出電阻,與以往方法相比,該方法具有較小的體-源、體-漏寄生電容,完全消除了背柵效應(yīng)、體引出電阻隨器件寬度增大而減小,體電阻可以隨Si膜厚度的加大而減小,且不以增大寄生電容為代價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。因而,該器件能更有效地抑制浮體效應(yīng)。而且,為形成局部埋氧層,該方法僅僅在工藝上增加了一塊掩模版,其他的工藝流程跟標(biāo)準(zhǔn)的SOI CMOS工藝一致,因此該方法具有很好的工藝兼容性。 該結(jié)構(gòu)可以利用低能量、低劑量局部
5、SIMOX技術(shù)實(shí)現(xiàn),為了在器件的溝道下方不形成BOX層,在氧離子注入時(shí),利用Si02掩膜進(jìn)行覆蓋,掩膜采用RIE(reactive ion etching),根據(jù)形成的局部埋氧層的深度和厚度確定注入的能量和計(jì)量,注入完成后,在Ar+05O2的氣氛中進(jìn)行高溫退火數(shù)小時(shí)形成局部埋氧層。YMDong和PHe等人的實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了局部SIMOX技術(shù)在工藝上的可實(shí)現(xiàn)性,利用透射電子顯微鏡對(duì)樣品的微結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察,其源、漏下方的BOX層非常完整,BOX層的端口與多晶Si柵相對(duì)齊,間距略微大于柵的長(zhǎng)度。整個(gè)單晶Si的表面非常平整,源漏區(qū)沒(méi)有因?yàn)樾纬葿OX層而抬高,也沒(méi)有在退火過(guò)程中受到氧化而降低。表l為新型結(jié)構(gòu)器件的主要工藝參數(shù),其中:Tox為柵氧厚度;TSi為Si膜厚度;Tbox為埋氧層厚度;Tsdbox為源漏下埋氧層厚度;Nch為溝道摻雜濃度;Nsub為襯底摻雜濃度;Ldrawn為溝道長(zhǎng)度;Wdrawn為溝道寬度;Xj為源漏結(jié)深。2 模擬結(jié)果與討論 采用ISETCAD模擬器對(duì)器件進(jìn)行模擬并討論模擬結(jié)果。體接觸可在一定程度上抑制浮體效應(yīng)。體接觸的效果還與接觸位置、器件的尺寸和工藝有關(guān)。如果體接觸效果不好,漏結(jié)碰撞電離產(chǎn)生的空穴仍然會(huì)在體區(qū)積累,使得體區(qū)空穴濃度增大,體區(qū)電位升高,閾值電壓降低,因而漏電流增大。圖3為浮體器件、T型柵體接觸結(jié)構(gòu)和本文提出的新型
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