[发明专利]具有三段式埋氧层的半导体场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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及其制造方法。

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。

发明内容

本发明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及其制造方法，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。

本发明的技术方案如下：

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。

本发明的有效效果如下：

本发明与传统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，本发明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，由于本发明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。同时本发明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，本发明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为本发明的结构示意图。

图4为本发明中普通SOI wafer的结构示意图。