新型部分耗盡SOI器件體接觸結構
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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。當器件頂層Si膜的厚度大于最大耗盡層的寬度時(shí)，由于結構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)，這種浮體結構會(huì )給器件特性帶來(lái)顯著(zhù)的影響，稱(chēng)之為浮體效應。浮體效應會(huì )產(chǎn)生kink效應、漏擊穿電壓降低、反常亞閾值斜率等浮體效應。
由于浮體效應對器件性能帶來(lái)不利的影響，如何抑制浮體效應的研究，一直是SOI器件研究的熱點(diǎn)。針對浮體效應的解決措施分為兩類(lèi)，一類(lèi)是采用體接觸方式使積累的空穴得到釋放，一類(lèi)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。所謂體接觸，就是使埋氧層上方、Si膜底部處于電學(xué)浮空狀態(tài)的中性區域和外部相接觸，導致空穴不可能在該區域積累，因此這種結構可以成功地克服MOSFET中的浮體效應。
人們采取了很多措施來(lái)抑制浮體效應，比較常用的如圖1所示，有T型柵、H型柵和BTS結構。但T型柵、H型柵技術(shù)由于p型Si區體電阻的存在而不能有效抑制浮體效應，而且溝道越寬體電阻越大，浮體效應越顯著(zhù)。BTS結構直接在源區形成p+區，其缺點(diǎn)是源漏不對稱(chēng)，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 新結構的提出
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，采用源漏的淺結擴散，形成側向體引出結構。未在此基礎上，適當加大了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、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。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。
該結構可以利用低能量、低劑量局部SIMOX技術(shù)實(shí)現，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A(yíng)r+0．5％O2的氣氛中進(jìn)行高溫退火數小時(shí)形成局部埋氧層。Y．M．Dong和P．He等人的實(shí)驗結果驗證了局部SIMOX技術(shù)在工藝上的可實(shí)現性，利用透射電子顯微鏡對樣品的微結構進(jìn)行觀(guān)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(cháng)度。整個(gè)單晶Si的表面非常平整，源漏區沒(méi)有因為形成BOX層而抬高，也沒(méi)有在退火過(guò)程中受到氧化而降低。表l為新型結構器件的主要工藝參數，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(cháng)度；Wdrawn為溝道寬度；Xj為源漏結深。
2 模擬結果與討論
采用ISE―TCAD模擬器對器件進(jìn)行模擬并討論模擬結果。體接觸可在一定程度上抑制浮體效應。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，漏結碰撞電離產(chǎn)生的空穴仍然會(huì )在體區積累，使得體區空穴濃度增大，體區電位升高，閾值電壓降低，因而漏電流增大。圖3為浮體器件、T型柵體接觸結構和本文提出的新型體接觸結構的輸出特性、切線(xiàn)處空穴濃度和器件的轉移特性曲線(xiàn)，三種結構工藝條件相同。由圖3可見(jiàn)，本文提出的結構體區空穴濃度最低、閾值電壓最高、沒(méi)有kink效應發(fā)生，成功的抑制了浮體效應的產(chǎn)生。
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