D S 0 I 结构开口尺寸对 S O I C MO S器件性能的影晌.pdf

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1、第26卷第4期篥戴舔道馘蓦V01．26No．42008年12月JlcHENGDlANLUToNGxUNDec．2oo8DS0I结构开口尺寸对SOICMOS器件性能的影晌张新刘梦新(中国兵器工业第2l4研究所蚌埠233042)(西安理工大学西安7lO0oO)摘要尽管可以通过对主要结构和工艺参数的优化找到缓解自加热效应的途径，但这种改变硅膜厚度和埋氧层厚度的办法在工艺上是较难实现的，因而解决SOICMOS器件中浮体效应和自加热效应要寻找其它新的方法，在沟道下方的隐埋氧化层中开一个窗口形成DSOI结构，空穴可以通过沟道区与衬底的电耦合传递出去，同时器件内部产生的热量也

2、可以很容易通过沟道下方的硅通道泄散出去。本文重点研究埋氧开口尺寸大小对器件性能的影响，并得出了相关的结论。关键词DS0I隐埋氧化层窗口尺寸口保持沟道区和衬底相连接。这样，空穴可以通l引言过沟道区与衬底的电耦合传递出去，同时器件内在S0ICM0S器件中可以通过对主要结构和部产生的热量也可以很容易通过沟道下方的硅通工艺参数的优化找到缓解自加热效应的途径，可道泄散出去。目前所需要做的工作是针对埋氧开以通过优化折衷来消除高温时对器件特性的不利口的尺寸大小对器件高温性能的影响进行研究分影响，但这种优化和折衷很难达到理想的选择。析，找出此种结构对器件高温特性的优缺点。同时这

3、种改变硅膜厚度和埋氧层厚度的办法在工2DSOICM0S器件结构模型艺上是较难实现的，因而解决sOIcMOs器件中浮体效应和自加热效应要寻找其它新的方法，如在图l给出了这种以硅作填充埋层的DSOI沟道下方的隐埋氧化层中开一个窗口，在保留常(Dmin／S0urce0nInsulator)器件的NMOSFET结规SOI结构源漏区与衬底隔离的基础上，通过开构示意图。图2为T=400K时N沟DSOIMOSFET⋯。。一一⋯一～⋯⋯一⋯一一一一一n斗、～I1，、n锶PSIsnate图1N沟DS0IM0SFE．r结构示意图图2T=4()()K时N沟DSOIM0SFET中空穴电

4、流密度分布情况第26卷第4期毒蘧至9中空穴电流的分布情况。可以明显观察到，空穴将小达到了比较理想的情况。实际分析后认为，在不再堆积在硅膜底部，而是通过埋氧切口流向衬底。O．18时得出的模拟阈值电压数值可能是正常要实现这种DSOI结构的MOsFET，最大的困误差所致。只要保证MOs管的源、漏与衬底的隔难在于如何在单个晶体管的源、漏下方形成隐埋离，开口的尺寸对管子的阈值电压影响并不大，从氧化层。由于埋氧层的间隔与器件的栅长相当，管子的阈值电压表达式(3．1)可以看出，阈值电随着器件尺寸的缩小，埋氧层的间隔也要随之缩压与埋氧是否开口及开口尺寸的大小的关系并不小，所以，

5、工艺难度较大。为了解决上述难题，一明显，阈值电压对顶层硅膜掺杂浓度以及栅氧化种可行的办法是采用图形化SOI(PattemedSOI)层厚度较为敏感。阈值电压随顶层硅膜掺杂浓度衬底来制造DsOI电路。因此目前所需要做的工的增大而增大，随栅氧化层厚度的减少而减少。作对DsOI结构做出进一步调整和优化，以达到与这两个因素相比，开口所引起的阈值电压漂移最优的器件性能。对此针对埋氧开口的尺寸大小可以忽略。对器件高温性能的影响进行了模拟分析，最后得表l不同开口尺寸下的阈值电压出一个相对优化的开口尺寸。开口尺寸／m阈值电VO．080．251943693DSOI结构开口尺寸对器

6、件性能的影响O．120．253742210．180．24824745通过对DsOI结构中埋氧层开口，消除了传统O．22O．25372868sOI器件的浮体效应，也改善了自加热效应。研究O．28O．2537l515分析开口尺寸变化时器件工作特性的变化，可以综O．3O0．25O66895合得出比较优化的开口参数，得到较好的DSOI器(2)开口尺寸对器件驱动能力的影响件的工作特性。下面重点研究DS0I结构开口尺寸对器件驱动能力、阈值电压和频率特性的影响。漏输出特性反映的是在一定的栅极电压下，在沟道正下方，开口位置不变，开口尺寸分别输出漏电流Id与漏源电压Vd之间的关系

7、。其可以用来衡量器件的驱动能力的大小，源漏电流Id为：0．08m、0．12m、0．18m、O．22m、O．28m越大，相应的器件的驱动能力也就越强。在栅压和0．3Om。为2V时的器件的Vd—Id特性曲线如图3所示。(1)开口尺寸对器件阈值电压的影响由图可以得到，当Vd为0至O．4V时，管子通过模拟得到了以上开口尺寸的阈值电压，工作在线性区；当Vd大于O．4V时，管子工作在如表1所示。可以得出，当埋氧开口尺寸等于沟道长度为O．18m时，器件的阈值电压V相对较饱和区，此时Id约为9OA。工d-(A)『Vd(V)图3Vg=2V时O．18mDSOINM0sFET漏输出特

8、性曲线l0篆溅躐通讯篝第