CN207425863U

CN207425863U - 具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管

Info

Publication number: CN207425863U
Application number: CN201721215981.7U
Authority: CN
Inventors: 毛光; 解磊; 代刚; 钟乐; 彭勇; 吕秋叶; 杨任花; 刘鑫
Original assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Current assignee: Institute of Electronic Engineering of CAEP
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2018-05-29
Anticipated expiration: 2027-09-21

Abstract

本实用新型公开了具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，该晶体管的埋氧层为三段式结构，body下面的BOX与源漏两端处BOX相分离，同时这三段BOX又将有源区和衬底相隔离；与传统SOI工艺相比，本实用新型body处的BOX离衬底底部更近；同时在源、漏两端底部加入P+层，从而使源、漏两端与BOX层隔离。基于上述结构，即使BOX中累积的正电荷达到一定程度，由于源、漏两端被隔离，漏电通道也形成不了，从而有效杜绝了背栅漏电；源、漏两端的P+作为体引出，不仅有效抑制了部分耗尽型SOI器件的浮体效应，而且也降低了器件的体接触电阻。

Description

具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管

技术领域

本实用新型属于半导体器件研究领域，主要涉及一种具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管。

背景技术

绝缘体上的硅（SOI,Silicon on Insulator)是一种经过处理的特殊的硅片，其结构的主要特点是在衬底层和有源层之间埋入绝缘层（一般是SiO₂）来隔断有源层和衬底之间的电气连接。这一结构特点为绝缘体上硅的器件带来了寄生效应小、速度快、功耗低和集成度高的优点。由于SOI是一种全介质隔离技术，它可以减少器件之间的寄生晶体管。因此，SOI MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)是一种很重要的器件，但是因为SOI器件的背栅效应，SOI器件会出现阈值电压漂移和漏电流增大的现象。

如图1所示，传统SOI MOSFET结构中，当埋氧层（BOX，buried oxide）中累积的正电荷达到一定程度从而产生较大的电压时，会在埋氧层和body的接触处形成反型沟道。由于源、漏两端和埋氧层接触，这样就会形成漏电通道，造成器件的开启，从而影响电路的性能。

目前现有的技术中，以Sandia国家实验室的BUSFET为代表可以解决SOI MOSFET的漏电现象。但是，如图2所示，BUSFET的非对称结构给电路设计带来了诸多不便。

实用新型内容

本实用新型为解决上述技术问题，提供了一种具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，该晶体管结构对称，能有效解决背栅漏电的three-part SOI场效应晶体管及其制造方法。结构对称、背栅不漏电的three-part SOI场效应晶体管不仅降低了电路的功耗，而且给电路设计带来了很大的方便。

本实用新型的技术方案如下：

具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，其特征在于：包括底部为作为支撑层的硅底层（1）和埋氧层（2）；所述硅底层（1）的上表面中间有一个凹槽，凹槽内生长有一段埋氧层（2），在凹槽两侧的硅底层（1）的上表面还分别生长有埋氧层（2），一共三段埋氧层（2）；位于凹槽内的埋氧层（2）上为硅顶层，位于硅底层（1）的上表面另两段埋氧层（2）的上面生长有P+层（3），P+层（3）上端分别为源极（4）和漏极（5）。

上述晶体管结构的制备方法，如下：

（a）准备一普通硅的wafer，利用光刻技术刻蚀掉上层的硅；

（b）利用掩模板，硅片的中间位置（未来body处的下方）刻蚀出一个凹槽；

（c）在步骤（b）所得的结构上生长一层氧化层，使得硅片的凹槽内和硅片上表面分别生长有氧化层，所述氧化层作为埋氧层（BOX层，Buried Oxide）；

（d）然后在氧化层上进行外延生长，通过控制生长时间使Si片变成一个新的wafer；

（e）在步骤（d）所得结构的基础上，进行离子注入；

所述离子注入分为两次：第一次，注入的离子能量高，时间长，从而使源漏底部形成P+区；第二次的离子注入为正常源漏区注入，从而形成源漏区。所述两次注入的离子相同，以不引入其他杂质离子为前提。同时第一次注入的离子浓度要大于有源区离子浓度1~2个数量级，从而形成P+区域。

（f）最后，在步骤（e）所得结构的基础上生长栅氧和制作栅极，从而形成three-part SOI场效应晶体管的结构。

本实用新型的有效效果如下：

本实用新型与传统SOI器件结构相比，形成的埋氧层采用三段式结构，其中body下面的BOX与源漏两端处BOX相分离，同时这三段BOX又将有源区和衬底相隔离。与传统SOI工艺相比，本实用新型body处的BOX离衬底底部的距离要更近一点。同时在源漏两端加入了P+层，从而使源漏两端与BOX隔离。基于上述结构，即使BOX中累积的正电荷达到一定程度，由于源漏两端被隔离，漏电通道也形成不了，从而有效杜绝了背栅漏电。源漏两端的P+作为体引出，不仅有效的抑制了部分耗尽型SOI器件的浮体效应，而且也降低了器件的体接触电阻。与BUSFET结构相比，由于本实用新型在结构上有明显的对称性。这种对称性结构给电路设计带来了很大的方便。同时本实用新型也没有引入新的寄生晶体管，该晶体管的性能大大提高。另外，本实用新型从工艺的角度阐述了如何制造three-part SOI晶体管。

附图说明

图1为传统的SOI MOSFET器件的结构示意图。

图2为现有的BUSFET非对称结构的SOI MOSFET器件结构示意图。

图3为本实用新型的结构示意图。

图4为本实用新型中普通SOI wafer的结构示意图。

图5为在图4的结构上刻蚀出凹槽的结构示意图。

图6为对图5的结构上生长三段氧化层的结构示意图。

图7为在图6的结构基础上后形成新的wafer的结构示意图。

图8为在图7的结构基础上形成后three-part SOI场效应晶体管的结构示意图。

上述附图中，附图标记为：1-硅底层，2-埋氧层，3- P+层，4-源极，5-漏极。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更加清楚和易懂，下面结合附图对本实用新型的内容进行详细描述。

如图3所示，具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，包括底部为作为支撑层的硅底层1和埋氧层2；所述硅底层1的上表面中间有一个凹槽，凹槽内生长有一段埋氧层2，在凹槽两侧的硅底层1的上表面还分别生长有埋氧层2，一共三段埋氧层2；位于凹槽内的埋氧层2上为硅顶层，位于硅底层（1）的上表面另两段埋氧层2的上面生长有P+层（5），P+层3上端分别为源极4和漏极5。

上述晶体管结构的制备方法，如下：

（a）如图4所示，准备一普通硅的wafer，利用光刻技术刻蚀掉上层的硅；

（b）如图5所示，利用掩模板，硅片的中间位置（未来body处的下方）刻蚀出一个凹槽；

（c）如图6所示，在步骤（b）所得的结构上生长一层氧化层，使得硅片的凹槽内和硅片上表面分别生长有氧化层，所述氧化层作为埋氧层2（BOX层，Buried Oxide）；

（d）如图7所示，然后在埋氧层2上进行外延生长，通过控制生长时间使Si片变成一个新的wafer；

（e）如图8所示，在步骤（d）所得结构的基础上，进行离子注入；

（f）最后，在步骤（e）所得结构的基础上生长栅氧和制作栅极，从而形成如图3所示的three-part SOI场效应晶体管的结构。

本实用新型通过三段式埋氧层，将有源区和衬底隔离起来。在源漏区底部做重掺杂形成体连接。所述结构对于N型SOI晶体管采用P型重掺杂形成体连接；对于P型SOI晶体管采用N型重掺杂形成体连接。P+层和源漏两端的BOX阻断了漏电通道的形成，同时P+层作为体引出有效降低了部分耗尽型SOI器件的浮体效应。本实用新型成功解决了传统SOI器件背栅漏电和BUSFET器件的非对称性问题。

需要说明的是，本实用新型以three-part SOI NMOS 为例进行了相关的阐述说明，该实用新型同样适用于three-part SOI PMOS的制作。

Claims

1.具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，其特征在于：包括底部为作为支撑层的硅底层（1）和埋氧层（2）；所述硅底层（1）的上表面中间有一个凹槽，凹槽内生长有一段埋氧层（2），在凹槽两侧的硅底层（1）的上表面还分别生长有埋氧层（2），一共三段埋氧层（2）；位于凹槽内的埋氧层（2）上为硅顶层，位于硅底层（1）的上表面另两段埋氧层（2）的上面生长有P+层（3），P+层（3）上端分别为源极（4）和漏极（5）。

2.根据权利要求1所述的具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管，其特征在于：所述三段埋氧层（2）均分别隔离开。