Soi體接觸器件結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣體上娃(SOI)與常規(guī)的體娃襯底(bulk substrate)相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，例如:消除了閂鎖效應(yīng)，減小了器件的短溝道效應(yīng)，改善了抗輻照能力等等。因此，很多半導(dǎo)體芯片制造商采用SOI襯底來制作M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管可分為全耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管(即FDS0I M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管)和部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管(即rosoi M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管)。
[0003]S0I技術(shù)帶來器件和電路性能提高的同時(shí)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S0I器件的浮體效應(yīng)(floating body effect)。當(dāng)器件頂層娃膜的厚度大于最大耗盡層的寬度時(shí)，由于結(jié)構(gòu)中埋入氧化層(BOX)的隔離作用，器件開啟后一部分沒有被耗盡的硅膜將處于電學(xué)浮空的狀態(tài)，這種浮體結(jié)構(gòu)會(huì)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(huì)引起翹曲(kink)效應(yīng)、漏擊穿電壓降低和反常亞閾值斜率等現(xiàn)象，從而影響器件性能。
[0004]由于浮體效應(yīng)對(duì)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S0I器件研究的熱點(diǎn)。針對(duì)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，就是使埋入氧化層上方、硅膜底部處于電學(xué)浮空狀態(tài)的體區(qū)和外部相接觸，導(dǎo)致空穴不可能在該區(qū)域積累，因此這種結(jié)構(gòu)可以成功地克服部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的浮體效應(yīng)。
[0005]基于上述體接觸方式的原理，人們采取了很多結(jié)構(gòu)來抑制部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的浮體效應(yīng)。其中一種為T型柵103的部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管如圖1所示，包括:半導(dǎo)體襯底(未示出)，其由下至上依次包括硅襯底(未示出)、埋氧化層(未示出)和頂層硅(未全部示出)；位于所述頂層硅上方的T型柵103，其中，T型柵103由垂直相交的兩個(gè)部分構(gòu)成，故T型柵103將頂層硅劃分為三個(gè)部分，所述三個(gè)部分分別用于形成位于頂層硅內(nèi)的源區(qū)101、漏區(qū)102以及體接觸區(qū)104，其中，源區(qū)101和漏區(qū)102的摻雜類型與所述頂層硅的摻雜類型相反，體接觸區(qū)104的摻雜類型與所述頂層硅的摻雜類型相同。此外，該部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)101、漏區(qū)102、體接觸區(qū)104以及T型柵103分別通過不同的接觸孔被引出。
[0006]對(duì)于上述T型柵的部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管，因浮體效應(yīng)積累在頂層硅中的空穴經(jīng)由接地的體接觸區(qū)釋放掉，從而抑制部分耗盡SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的浮體效應(yīng)。更多有關(guān)SOI M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的內(nèi)容可參考公開號(hào)為CN103258813A中國發(fā)明專利申請(qǐng)。
[0007]降低S0I體接觸器件功耗的一種方式是降低亞閾值擺幅(subthreshold swing，簡(jiǎn)稱SS)，亞閾值擺幅=dVg/d(lgId)，單位是mV/dec，其中，Vg為柵源電壓，Id為漏極電流。亞閾值擺幅在數(shù)值上等于為使漏極電流Id變化一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)所需要的柵源電壓增量A Vg,亞閾值擺幅是從Id-Vg曲線上的最大斜率處提取出來的，表示Id-Vg關(guān)系曲線的上升率。對(duì)傳統(tǒng)的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管而言，由于器件本身固有的漂移-擴(kuò)散機(jī)制，室溫下的亞閾值擺幅具有理論上的最小極限值(60mV/dec)，通常體硅上制作的MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅僅為70mV/dec，而SOI上制作的SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)可以大幅降低亞閾值擺幅。
[0008]然而，現(xiàn)有SOI體接觸器件中，相應(yīng)MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅分兩個(gè)階段，如圖2中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線所示，Id-Vg轉(zhuǎn)移特性曲線坐標(biāo)橫軸代表柵源電壓Vg，單位為伏特(V)，縱軸表示漏極電流Id，單位為安培(A)，體接觸區(qū)接地(即Vb =0V)。從圖2中看到，在第一個(gè)階段，M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅為85.3mV/dec，在第二個(gè)階段，M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅為14.lmV/dec (兩個(gè)階段的亞閾值擺幅之間以虛線隔開)。同時(shí)，現(xiàn)有SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)中，M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流(off-stateleakage current)較大，通常為 0.ΙρΑ/ μπι 左右。
[0009]為此，需要一種新的S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)，以使得S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅能夠穩(wěn)定在一個(gè)較小的數(shù)值，并且降低M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明解決的問題是提供一種S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)，以降低S0I體接觸器件中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅，同時(shí)還能夠降低S0I體接觸器件中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流。
[0011]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)，所述S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)包括:
[0012]半導(dǎo)體襯底；
[0013]位于所述半導(dǎo)體襯底上的埋氧化層；
[0014]位于所述埋氧化層上的半導(dǎo)體層；
[0015]位于所述半導(dǎo)體層上的柵極；
[0016]位于所述半導(dǎo)體層的源區(qū)和漏區(qū)，所述源區(qū)和所述漏區(qū)分別位于所述柵極兩側(cè)下方；
[0017]位于所述半導(dǎo)體層的體接觸區(qū)；
[0018]位于所述半導(dǎo)體層中的二極管，所述二極管的第一極連接所述柵極，所述二極管的第二極連接所述體接觸區(qū)。
[0019]可選的，所述二極管的擊穿電壓大于3.63V。
[0020]可選的，所述柵極的俯視結(jié)構(gòu)為T型結(jié)構(gòu)或者Η型結(jié)構(gòu)。
[0021]可選的，所述體接觸區(qū)為Ρ型摻雜區(qū)，所述二極管的第一極為Ν極，所述二極管的第二極為Ρ極。
[0022]可選的，所述體接觸區(qū)為Ν型摻雜區(qū)，所述二極管的第一極為Ρ極，所述二極管的第二極為Ν極。
[0023]可選的，所述柵極的材料為摻雜多晶硅，所述柵極的摻雜類型與所述體接觸區(qū)的摻雜類型相反。
[0024]可選的，所述體接觸區(qū)連接至接觸墊片，所述接觸墊片處于非接地狀態(tài)，也不連接任何電位。
[0025]可選的，所述柵極位于第一阱區(qū)上，所述第一阱區(qū)與所述二極管之間具有淺溝槽隔離區(qū)。
[0026]可選的，所述二極管的第二極上具有掩模層，所述掩模層的材料為氧化硅。
[0027]可選的，所述半導(dǎo)體襯底為硅襯底，所述埋氧化層為氧化硅層，所述半導(dǎo)體層為頂層娃。
[0028]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0029]本發(fā)明的技術(shù)方案中，一方面使得體接觸區(qū)不接地，也不連接任何電位，而處于一種浮空(floating)狀態(tài)；另一方面，在所述SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)中設(shè)置一個(gè)二極管，二極管的第一極連接M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，二極管的第二極連接體接觸區(qū)，從而使得在Vg (柵源電壓)略高于0V時(shí)，體接觸區(qū)和和柵極之間的二極管正偏，漏區(qū)端碰撞電離產(chǎn)生的空穴通過體接觸區(qū)從二極管流走，進(jìn)而使得SOI中的浮體效應(yīng)被抑制，相應(yīng)M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流減小(M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流減小一個(gè)數(shù)量級(jí)左右)。而當(dāng)Vg繼續(xù)增大時(shí)，二極管開始反偏，漏區(qū)端碰撞電離產(chǎn)生的大量空穴在體接觸區(qū)積累，且由于此時(shí)體接觸區(qū)處于非接地狀態(tài)，也不連接任何電位，因此體接觸區(qū)的電位(電勢(shì))瞬間升高，原本存在于SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)中的寄生三極管(Bipolar，亦稱雙極型晶體管)立即開啟，Id迅速增大，從而使M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的具有非常小的亞閾值擺幅。
【附圖說明】
[0030]圖1是現(xiàn)有S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2是現(xiàn)有S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線示意圖；
[0032]圖3是本發(fā)明實(shí)施例所提供的S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖4是本發(fā)明實(shí)施例所提供的S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖5本發(fā)明實(shí)施例所提供的S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)中，M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的轉(zhuǎn)移特性曲線不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035]正如【背景技術(shù)】所述，現(xiàn)有技術(shù)中，現(xiàn)有S0I體接觸器件中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的亞閾值擺幅分為兩個(gè)階段，總的亞閾值擺幅仍較大，并且現(xiàn)有S0I體接觸器件中M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流較大。
[0036]為此，本發(fā)明提供一種S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)，所述S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)具有M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源區(qū)、漏區(qū)和柵極，并且具有體接觸區(qū)。所述S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)還具有二極管，所述二極管的第一極連接M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵極，所述二極管的第二極連接體接觸區(qū)。這種S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)能夠在Vg略高于0V時(shí)，體接觸區(qū)和和柵極之間的二極管正偏，漏區(qū)端碰撞電離產(chǎn)生的空穴通過體接觸區(qū)從二極管流走，進(jìn)而使得S0I中的浮體效應(yīng)被抑制，相應(yīng)M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流減小(M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)態(tài)漏電流減小一個(gè)數(shù)量級(jí)左右)。而當(dāng)Vg繼續(xù)增大時(shí)，二極管開始反偏，漏區(qū)端碰撞電離產(chǎn)生的大量空穴在體接觸區(qū)積累，且由于此時(shí)體接觸區(qū)處于非接地狀態(tài)，也不連接任何電位，因此體接觸區(qū)的電位(電勢(shì))瞬間升高，原本存在于S0I體接觸器件結(jié)構(gòu)中的寄生三極管(Bipolar，亦稱雙極型晶體管)立即開啟，Id迅速增大，從而使MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管的具有非常小的亞閾值擺巾畐。
[0037]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0038]本發(fā)明實(shí)施例提供一種SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)，請(qǐng)結(jié)合參考圖3和圖4。
[0039]請(qǐng)參考圖3，圖3是所述SOI體接觸器件結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。所述SOI接觸器件結(jié)構(gòu)包括半導(dǎo)體層(未標(biāo)注，也未完全示出)所述半導(dǎo)體層包括多個(gè)區(qū)域，具體包括位于所述半導(dǎo)體層的源區(qū)231、漏區(qū)232和體接觸區(qū)233。源區(qū)231、漏區(qū)232和體接觸區(qū)233恰好被T型結(jié)構(gòu)的柵極234劃分開。即本實(shí)施例中，柵極234的俯視結(jié)構(gòu)為T型結(jié)構(gòu)，在俯視方向上，T型結(jié)構(gòu)的柵極234將其下方的所述半導(dǎo)體層劃分出三個(gè)區(qū)域，所述三個(gè)區(qū)域?yàn)橐粋€(gè)頂端區(qū)域和左右兩個(gè)區(qū)域，體接觸區(qū)233位于所述頂端區(qū)域，源區(qū)231和漏區(qū)232分別位于所述左右兩個(gè)區(qū)域。
[0040]本實(shí)施例中，源區(qū)231、漏區(qū)232和柵極234為同一個(gè)M0S場(chǎng)效應(yīng)晶體管的各結(jié)構(gòu)，同時(shí)，在源區(qū)231和漏區(qū)232之間還具有被柵極234所覆蓋的溝道區(qū)(未示出)