和电路性能提高的同时也不可避免地带来了不利的影响,其中最大的问题在于部分耗尽的浮体效应。当顶层Si膜的厚度大于最大耗尽层的宽度时,由于结构中氧化埋层的隔离作用,器件开启后一部分没有被耗尽的si膜将处于电学浮空的状态凯时kb88在线娱乐,这种浮体结构会给器件特性带来显著的影响,称之为浮体效应。浮体效应会产生kink效应、漏击穿电压降低、反常亚阈值斜率等浮体效应凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐。
由于浮体效应对器件性能带来不利的影响,如何抑制浮体效应的研究,一直是SOI器件研究的热点凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐。针对浮体效应的解决措施分为两类,一类是采用体接触方式使积累的空穴得到释放,一类是从工艺的角度出发采取源漏工程或衬底工程减轻浮体效应。所谓体接触凯时kb88在线娱乐,就是使埋氧层上方凯时kb88在线娱乐、Si膜底部处于电学浮空状态的中性区域和外部相接触凯时kb88在线娱乐,导致空穴不可能在该区域积累,因此这种结构可以成功地克服MOSFET中的浮体效应。
人们采取了很多措施来抑制浮体效应,比较常用的如图1所示,有T型栅凯时kb88在线娱乐、H型栅和BTS结构。但T型栅凯时kb88在线娱乐、H型栅技术由于p型Si区体电阻的存在而不能有效抑制浮体效应凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐,而且沟道越宽体电阻越大凯时kb88在线娱乐,浮体效应越显著凯时kb88在线娱乐。BTS结构直接在源区形成p+区,其缺点是源漏不对称,使得源漏无法互换,有效沟道宽度减小。而且,源端的接触引进了较大的寄生电容,使得器件性能变差凯时kb88在线娱乐。
如图2所示,本文提出了一种新的体接触技术,该方法利用局部SIMOX技术,在晶体管的源凯时kb88在线娱乐、漏下方形成离Si表面较近的薄氧化层,采用源漏的浅结扩散,形成侧向体引出结构。未在此基础上凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐,适当加大了Si膜厚度来减小体引出电阻,与以往方法相比,该方法具有较小的体-源、体-漏寄生电容凯时kb88在线娱乐,完全消除了背栅效应、体引出电阻随器件宽度增大而减小凯时kb88在线娱乐,体电阻可以随Si膜厚度的加大而减小,且不以增大寄生电容为代价等优点。因而凯时kb88在线娱乐,该器件能更有效地抑制浮体效应凯时kb88在线娱乐。而且凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐,为形成局部埋氧层凯时kb88在线娱乐,该方法仅仅在工艺上增加了一块掩模版凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐,其他的工艺流程跟标准的SOI CMOS工艺一致,因此该方法具有很好的工艺兼容性凯时kb88在线娱乐。
该结构可以利用低能量凯时kb88在线娱乐、低剂量局部SIMOX技术实现,为了在器件的沟道下方不形成BOX层,在氧离子注入时,利用Si02掩膜进行覆盖,掩膜采用RIE(reactive ion etching),根据形成的局部埋氧层的深度和厚度确定注入的能量和计量,注入完成后,在Ar+0.5%O2的气氛中进行高温退火数小时形成局部埋氧层凯时kb88在线娱乐。Y.M.Dong和P.He等人的实验结果验证了局部SIMOX技术在工艺上的可实现性,利用透射电子显微镜对样品的微结构进行观察,其源凯时kb88在线娱乐、漏下方的BOX层非常完整凯时kb88在线娱乐,BOX层的端口与多晶Si栅相对齐,间距略微大于栅的长度凯时kb88在线娱乐。整个单晶Si的表面非常平整,源漏区没有因为形成BOX层而抬高,也没有在退火过程中受到氧化而降低凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐。表l为新型结构器件的主要工艺参数,其中:Tox为栅氧厚度;TSi为Si膜厚度;Tbox为埋氧层厚度;Tsdbox为源漏下埋氧层厚度;Nch为沟道掺杂浓度;Nsub为衬底掺杂浓度;Ldrawn为沟道长度;Wdrawn为沟道宽度;Xj为源漏结深。
采用ISE―TCAD模拟器对器件进行模拟并讨论模拟结果凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐。体接触可在一定程度上抑制浮体效应。体接触的效果还与接触位置凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐、器件的尺寸和工艺有关凯时kb88在线娱乐。如果体接触效果不好,漏结碰撞电离产生的空穴仍然会在体区积累凯时kb88在线娱乐凯时kb88在线娱乐,使得体区空穴浓度增大凯时kb88在线娱乐,体区电位升高,阈值电压降低,因而漏电流增大。图3为浮体器件、T型栅体接触结构和本文提出的新型体接触结构的输出特性凯时kb88在线娱乐、切线处空穴浓度和器件的转移特性曲线凯时kb88在线娱乐,三种结构工艺条件相同。由图3可见,本文提出的结构体区空穴浓度最低、阈值电压最高、没有kink效应发生凯时kb88在线娱乐,成功的抑制了浮体效应的产生凯时kb88在线娱乐。耗尽接触凯时kb88在线娱乐擦除头插入力湿制程