新型部分耗盡SOI器件體接觸結(jié)構(gòu)
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SOI技術(shù)帶來器件和電路性能提高的同時也不可避免地帶來了不利的影響，其中最大的問題在于部分耗盡SOI器件的浮體效應(yīng)。當器件頂層Si膜的厚度大于最大耗盡層的寬度時，由于結(jié)構(gòu)中氧化埋層的隔離作用，器件開啟后一部分沒有被耗盡的si膜將處于電學浮空的狀態(tài)，這種浮體結(jié)構(gòu)會給器件特性帶來顯著的影響，稱之為浮體效應(yīng)。浮體效應(yīng)會產(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)對器件性能帶來不利的影響，如何抑制浮體效應(yīng)的研究，一直是SOI器件研究的熱點。針對浮體效應(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、Si膜底部處于電學浮空狀態(tài)的中性區(qū)域和外部相接觸，導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)，其缺點是源漏不對稱，使得源漏無法互換，有效溝道寬度減小。而且，源端的接觸引進了較大的寄生電容，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)擴散，形成側(cè)向體引出結(jié)構(gòu)。未在此基礎(chǔ)上，適當加大了Si膜厚度來減小體引出電阻，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等優(yōu)點。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準的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SIMOX技術(shù)實現(xiàn)，為了在器件的溝道下方不形成BOX層，在氧離子注入時，利用Si02掩膜進行覆蓋，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量，注入完成后，在Ar+0．5％O2的氣氛中進行高溫退火數(shù)小時形成局部埋氧層。Y．M．Dong和P．He等人的實驗結(jié)果驗證了局部SIMOX技術(shù)在工藝上的可實現(xiàn)性，利用透射電子顯微鏡對樣品的微結(jié)構(gòu)進行觀察，其源、漏下方的BOX層非常完整，BOX層的端口與多晶Si柵相對齊，間距略微大于柵的長度。整個單晶Si的表面非常平整，源漏區(qū)沒有因為形成BOX層而抬高，也沒有在退火過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ISE―TCAD模擬器對器件進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)和本文提出的新型體接觸結(jié)構(gòu)的輸出特性、切線處空穴濃度和器件的轉(zhuǎn)移特性曲線，三種結(jié)構(gòu)工藝條件相同。由圖3可見，本文提出的結(jié)構(gòu)體區(qū)空穴濃度最低、閾值電壓最高、沒有kink效應(yīng)發(fā)生，成功的抑制了浮體效應(yīng)的產(chǎn)生。
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