CN1450655A - Soi金氧半场效电晶体 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种SOI金氧半场效电晶体，其包含一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层，并包含复数个浅渠沟隔绝区域、一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离。本发明的电晶体更包含一层闸极氧化矽层、一复晶矽闸极与一分支复晶矽层，所述分支复晶矽层系与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触窗区域。本发明的电晶体更包含一闸极接触窗，所述闸极接触窗系位于所述复晶矽闸极的延伸线上并连接至所述复晶矽闸极。

Description

SOI金氧半场效电晶体

技术领域

本发明系关于一种SOI金氧半场效电晶体的结构，特别是关于一种具母体系结源极(body-tied-to-source)结构的SOI金氧半场效电晶体的布局。

背景技术

绝缘层上矽层(Silicon On Insulator；SOI)的技术近年来备受重视并且有长足的发展。由于埋层氧化矽层(buried oxide；layers)的极佳绝缘效果，采用SOI技术所制作的元件具有切换速率快、低耗能耗电、与良好辐射免疫性(radation immunity)等等优点。在本说明书中，一律将利用SOI技术所制作的金氧半场效电晶体称为SO1金氧半场效电晶体。

由于用以形成SOI金氧半场效电晶体的母体(body)隔绝于半导体基板，导致SO1金氧半场效电晶体通常处于电性的悬浮状态(electronicallyfloating)，因此特别是在电流灵敏的电路(current-sensitive circuit)中会产生严重的问题。首先请参考图1，习知技术在元件通道的边缘开启多个母体接触窗中(body contacts)，其包含源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、以及闸极接触窗42，如图1所示。然而其缺点是需要设计额外的母体端点(body terminal)并且需要特别复杂的绕线(routing)。尤有甚者，如此的设计导致当通道长度缩减或通道宽度拉长时，其汲取能力(pick-up capability)将大幅下降。为了克服上述问题，T.G.W.Blake在美国专利第4,695,213号专利中揭露一种具母体极至源极连接的SOI电晶体(Silicon-On-Insulator TransistorWith Body Node to Source Note Connection)，如图2所示，其包含源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、以及闸极接触窗42。在该习知技艺中主要系在源极区10以一道额外的P型离子布植来连接闸极下方的母体，而母体的接触窗与源极的接触窗系透过矽层表面的金属矽化物层加以连接。本技术确实可以避免母体接触窗的冗馀绕线，但是该道额外的P型离子布植却造成严重的限制。在此习知技术的设计下通道长度不可过短，以免该道额外的P型离子布植覆盖到汲极区域；另外，该道额外的P型离子布植在靠近主动元件区的部分亦会影响元件的效能。

另外，Ching-Hsiang Hsu与Mong-Song Liang在美国专利第4,804,858号专利中揭露一种具有母体接触窗的SOI金氧半场效电晶体(Body contactedSOI MOSFET)，其布局图如图3所示，其包含源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、以及闸极接触窗42。然而其通道长度不可过短的限制依旧存在。

另一方面，J.B.Kuang、J.P.Pennings、与M.ll.Wood等人在美国专利第6,177,708号专利中揭露一种SOI金氧半场效电晶体的母体接触窗结构(SOI FETBody Contact Structure)，其布局图如图4所示，其提供了一种新的结构，足以避免上述通道长度不可过短的限制，其包含源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、以及闸极接触窗42。然而，上述该道额外的P型离子布植影响主动区域效能的缺点依旧存在，同样地，其对于宽通道元件所造成的不利影响亦没有改善。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种SOI金氧半场效电晶体的结构。

本发明的另一目的在于提供一种具母体系结源极(body-tied-to-source)结构的SOI金氧半场效电晶体的布局。

本发明的第一实施例揭露一种SO1金氧半场效电晶体，其包含一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层、与复数个浅渠沟隔绝区域，其中所述埋层氧化矽层系位于所述半导体基板表面上，所述矽层系位于所述埋层氧化矽层之上，所述浅渠沟隔绝区域系位于所述矽层中。

本发明的第一实施例更包含一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述源极与汲极之间包含一通道区域，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离；另包含一层闸极氧化矽层，其中所述闸极氧化矽层系位于所述母体上方。

本发明的第一实施例更包含一复晶矽闸极与一分支复晶矽层，其皆在所述闸极氧化矽层的上方，其中所述复晶矽闸极系位于所述通道区域的上方，所述分支复晶矽层系与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触窗区域；更包含一闸极接触窗，所述闸极接触窗系位于所述复晶矽闸极的延伸线上并连接至所述复晶矽闸极。

本发明的第一实施例揭露一种SOI金氧半场效电晶体，其包含一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层、与复数个浅渠沟隔绝区域，其中所述埋层氧化矽层系位于所述半导体基板表面上，所述矽层系位于所述埋层氧化矽层之上，所述浅渠沟隔绝区域系位于所述矽层中。

本发明的第二实施例更包含一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述源极与汲极之间包含一通道区域，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离；亦包含一层闸极氧化矽层，其中所述闸极氧化矽层系位于所述母体上方。

本发明的第二实施例更包含一复晶矽闸极、以及复数个分支复晶矽层，其皆在所述闸极氧化矽层的上方，其中所述复晶矽闸极系位于所述通道区域的上方，所述复数个分支复晶矽层分别与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触雷区域；更包含复数个闸极接触窗，所述闸极接触窗的个数与所述分支复晶矽层的个数相同，每一闸极接触窗分别位于其所对应的分支复晶矽层的延伸线上并分别连接至所述对应的分支复晶矽层。

附图说明

图1为习知技术中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图2为另一习知技术中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图3为另一习知技术中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图4为另一习知技术中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图5为本发明第一实施例中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图6为本发明第二实施例中形成SOI金氧半场效电晶体的布局图；

图7A为图5的A-A方向的横剖面结构图；

图7B为图5的B-B方向的横剖面结构图；

图7C为图5的C-C方向的横剖面结构图。

图号说明：1-半导体基板，2-埋层氧化矽层，3-浅渠沟隔绝区域，4-母体，5-闸极氧化矽层，10-源极，11-源极接触窗，20-汲极，21-及极接触窗，30-母体接触窗区域，40-复晶矽闸极，41-分支复晶矽层，42-闸极接触窗，50-矽化金属层。

具体实施方式

本发明系关于一种SOI金氧半场效电晶体的结构，特别是关于一种具母体系结源极(bodyhed-to-source)结构的SOI金氧半场效电晶体的布局。

本发明的第一实施例请参考图5，其为利用本发明技术所形成的SOI金氧半场效电晶体的布局，其制程结果的横剖面图亦请一并参考图7A(A～A方向)、及图7B(B-B方向)、及图7C(C-C方向)。

在本发明第一实施例的布局中，包含源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、分支复晶矽层41、以及闸极接触窗42，如图5所示。另外在制程结果的横剖面图图7A(A-A方向)、图7B(B-B方向)、及图7C(c-c方向)中，除了上述源极10、汲极20、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40、分支复晶矽层41之外，更包含用以制作SOI金氧半场效电晶体的半导体基板1、埋层氧化矽层2、复数个浅渠沟隔绝区域(shallowtrench isolation；STI)3、母体4、闸极氧化矽层5、矽层6以及矽化金属层50。其中所述埋层氧化矽层2系位于半导体基板1表面上，所述矽层6系位于所述埋层氧化矽层2之上，所述浅渠沟隔绝区域3系位于所述矽层6中。所述母体4、源极10、汲极20、母体接触窗区域30亦位于所述矽层6中。所述闸极氧化矽层5位于所述母体4上方，所述复晶矽闸极40与分支复晶矽层41更在所述闸极氧化矽层5的上方。

其中，母体接触窗区域30是属于P型浓掺杂，其系位于源极10的同一侧，可降低布局所占据的基板面积。所述母体接触窗区域30并且与通道区域(亦即N型掺杂的源极10与N型掺杂的汲极20间的区域)分离，使其对元件的不良影响降至最低，尤其是可以避免原先因为顾虑母体接触窗区域30会与汲极20重叠致使必须对通道长度的缩减予以设限的情事。

本发明第一实施例的重点之一在于复晶矽闸极40上连接出额外的分支复晶矽层41，其中所述分支复晶矽层41与复晶矽闸极40形成了T形连接，使得P型掺杂的母体4位于分支复晶矽层41之下，得以将所述通道区域和所述母体接触窗区域30连接在一起。所述母体接触窗区域30系位于所述复晶矽闸极40的延伸线上，并与所述复晶矽闸极40相连接。

所述分支复晶矽层41分别有P型及N型的掺杂，利用一层位于复晶矽闸极40上的矽化金属层50可将其短路。所述矽化金属层50系位于所述源极10、汲极20、母体接触窗区域30、复晶矽闸极40和分支复晶矽层41之上。此外，所述母体接触窗区域30和N型掺杂的源极10系利用所述矽化金属层50连接在一起。

所述分支复晶矽层41延伸经过源极10并超过母体接触窗区域30，以确保所述P型掺杂的母体4可连接至所述母体接触窗区域30。所述分支复晶矽层41并可藉由所述复晶矽闸极40连接至闸极接触窗42，如图5所示。

接下来请参考图6，其为本发明第二实施例所揭露的布局图。本发明的第二实施例除了源极10、源极接触窗11、汲极20、汲极接触窗21、母体接触窗区域30、以及复晶矽闸极40与第一实施例相同的外，更包含第一分支复晶矽层41a与第二分支复晶矽层41b，其分别连接至第一闸极接触窗42a与第二闸极接触窗42b。其中所述第一分支复晶矽层41a与第二分支复晶矽层41b分别与所述复晶矽闸极加呈T型连接，其并且延伸经过源极10并超过母体接触窗区域30。所述第一闸极接触窗42a与第二闸极接触窗42b系分别位于所述第一分支复晶矽层41a与第二分支复晶矽层41b的延伸线上并分别连接至所述第一分支复晶矽层41a与第二分支复晶矽层41b，其中所述第一闸极接触窗42a与第二闸极接触窗42b系与源极10同一侧。本实施例的布局的优点在于可设计更多的闸极接触窗42，以降低复晶矽闸极40导线的电阻-电容延迟效应(R-C delay effect)，提高元件的切换速率。

若有必要，本发明的其他实施例更可设计更多的分支复晶矽层41与闸极接触窗42组，其可因应具极宽通道的元件的需求，以提高其母体接触窗区域30的汲取效能(Pick-uP capability)，并可进一步降低复晶矽闸极40导线的电阻-电容延迟效应(R-C delay effect)。

特别强调的是，本发明各实施例的布局可同时适用于N型金氧半场效电晶体及P型金氧半场效电晶体，未避免说明冗长且重复，本实施例仅举N型金氧半场效电晶体的布局为例；至于将本发明适用在P型金氧半场效电晶体的实施例，则仅要将上述实施例中的每一个N型及P型互换即可。

以上所述系利用较佳实例详细叙述本发明，而非限制本发明的范围，而且熟知此技术领域人士皆能明了，适当而细微的改变与调整，能将不失本发明的要义所在，故都应视为本发明进一步实施状况。

Claims (6)

1.一种SOI金氧半场效电晶体，其包含：一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层、与复数个浅渠沟隔绝区域，其中所述埋层氧化矽层系位于所述半导体基板表面上，所述矽层系位于所述埋层氧化矽层之上，所述浅渠沟隔绝区域系位于所述矽层中；

一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述源极与汲极之间包含一通道区域，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离；

一层闸极氧化矽层，其中所述闸极氧化矽层系位于所述母体上方；

一复晶矽闸极与一分支复晶矽层，其皆在所述闸极氧化矽层之上方，其中所述复晶矽闸极系位于所述通道区域的上方，所述分支复晶矽层系与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触窗区域；以及

一闸极接触窗，所述闸极接触窗系位于所述复晶矽闸极的延伸线上并连接至所述复晶矽闸极。

2.如权利要求1所述的SOI金氧半场效电晶体，其特征在于：更包含一层矽化金属层，其中所述矽化金属层系位于所述源极、汲极、母体接触窗区域、复晶矽闸极和分支复晶矽层之上，并用以连接所述母体接触窗区域和所述源极。

3.一种SOI金氧半场效电晶体，其包含：

一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层、与复数个浅渠沟隔绝区域，其中所述埋层氧化矽层系位于所述半导体基板表面上，所述矽层系位于所述埋层氧化矽层之上，所述浅渠沟隔绝区域系位于所述矽层中；

一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述源极与汲极之间包含一通道区域，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离；

一层闸极氧化矽层，其中所述闸极氧化矽层系位于所述母体上方；

一复晶矽闸极、第一分支复晶矽层与第二分支复晶矽层，其皆在所述闸极氧化矽层的上方，其中所述复晶矽闸极系位于所述通道区域的上方，所述第一分支复晶矽层与第二分支复晶矽层系分别与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触窗区域；以及

第一闸极接触窗与第二闸极接触窗，所述第一闸极接触窗与第二闸极接触窗系分别位于所述第一分支复晶矽层与第二分支复晶矽层的延伸线上并分别连接至所述第一分支复晶矽层与第二分支复晶矽层。

4.如权利要求3所述的SOI金氧半场效电晶体，其特征在于：更包含一层矽化金属层，其中所述矽化金属层系位于所述源极、汲极、母体接触窗区域、复晶矽闸极和分支复晶矽层之上，并用以连接所述母体接触窗区域和所述源极。

5.一种SOI金氧半场效电晶体，其包含：

一半导体基板、一层埋层氧化矽层、一矽层、与复数个浅渠沟隔绝区域，其中所述埋层氧化矽层系位于所述半导体基板表面上，所述矽层系位于所述埋层氧化矽层之上，所述浅渠沟隔绝区域系位于所述矽层中；

一母体、一源极、一汲极、与一母体接触窗区域，其皆位于所述矽层中，其中所述源极与汲极之间包含一通道区域，其中所述母体接触窗区域位于所述源极的同一侧并且与所述通道区域分离；

一层闸极氧化矽层，其中所述闸极氧化矽层系位于所述母体上方；

一复晶矽闸极、以及复数个分支复晶矽层，其皆在所述闸极氧化矽层的上方，其中所述复晶矽闸极系位于所述通道区域的上方，所述复数个分支复晶矽层分别与所述复晶矽闸极呈T形连接，其延伸经过所述源极并超过所述母体接触窗区域；以及

复数个闸极接触窗，所述闸极接触窗的个数与所述分支复晶矽层的个数相同，每一闸极接触窗分别位于其所对应的分支复晶矽层的延伸线上并分别连接至所述对应的分支复晶矽层。

6.如权利要求5所述的SOI金氧半场效电晶体，其特征在于：更包含一层矽化金属层，其中所述矽化金属层系位于所述源极、汲极、母体接触窗区域、复晶矽闸极和分支复晶矽层之上，并用以连接所述母体接触窗区域和所述源极。

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