[發(fā)明專利]在同一芯片上建置全耗盡和部分耗盡晶體管

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680009986.2
• 申請日: 2006-03-23
• 公開（公告）號: CN101151725A
• 公開（公告）日: 2008-03-26
• 發(fā)明（設計）人: 霍華德·蒂格拉爾
• 申請（專利權）人: 德州儀器公司
• 主分類號: H01L21/84
• 分類號: H01L21/84;H01L27/01
• 代理公司: 北京律盟知識產(chǎn)權代理有限責任公司
• 代理人: 劉國偉

技術領域

本發(fā)明大體上涉及半導體裝置，且更確切地說，涉及在集成電路制造工藝中制造全耗盡和部分耗盡絕緣體上硅(SOI)裝置。

背景技術

半導體裝置幾何形狀的大小在減小。對高性能電路的追求驅(qū)使高速亞100納米(nm)絕緣體上硅(SOI)互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術的發(fā)展。在SOI技術中，在覆蓋例如氧化硅的絕緣材料層的薄硅層上形成金屬氧化物半導體場效晶體管(MOSFET)。形成在SOI上的裝置提供優(yōu)于其大塊對應物的許多優(yōu)點。舉例來說，SOI裝置一般具有減少的結(jié)電容、小到?jīng)]有的反向主體效應、軟錯誤免疫性、完全的介電隔離以及小到?jīng)]有的栓鎖效應。因此，SOI技術可實現(xiàn)較高速的性能、較高的組裝密度以及減少的功率消耗。

存在兩種類型的常規(guī)SOI裝置：部分耗盡SOI(PD-SOI)裝置以及全耗盡(FD-SOI)裝置。常規(guī)的PD-SOI晶體管裝置是裝置操作期間主體厚度比硅中的耗盡層的最大寬度厚的裝置。常規(guī)的FD-SOI晶體管裝置是裝置操作期間主體厚度比硅中的耗盡層的最大寬度薄的裝置。因此，在操作期間，PD-SOI裝置經(jīng)歷硅主體的“部分”耗盡，而FD-SOI經(jīng)歷硅主體的“完全”耗盡。常規(guī)的PD-SOI和FD-SOI裝置是平坦的裝置且因此在晶片的平面中形成。

PD-SOI和FD-SOI裝置具有其自身各自的優(yōu)點和缺點。舉例來說，雖然PD-SOI裝置可易于制造，但由于與其相關聯(lián)的浮動主體效應而遭受沉重的設計負擔。更確切地說，在PD-SOI裝置中，轟擊離子化在一個源極/漏極區(qū)附近產(chǎn)生的電荷載流子可能會在晶體管溝道下方的浮動主體中累積。當在浮動主體中累積了足夠的載流子時，會有效地改變主體電勢。

由于電荷在浮動主體區(qū)中堆積，所以會在PD-SOI裝置中發(fā)生浮動主體效應。此種浮動主體效應可能會導致裝置的電流-電壓(I-V)曲線中發(fā)生扭結(jié)，因而使電路的電性能降級。一般來說，PD-SOI裝置的主體電勢可能會在靜態(tài)、動態(tài)或瞬態(tài)裝置操作期間變化，且是例如溫度、電壓、電路拓撲和開關歷史等許多因素的函數(shù)。因此，使用PD-SOI裝置的電路設計必須考慮到這類因素，且因此，存在浮動主體效應呈現(xiàn)為采用PD-SOI裝置的重要障礙的某些電路應用。

在SOI裝置中避免浮動主體效應的另一方法是采用全耗盡SOI(FD-SOI)技術。FD-SOI裝置不會遭受浮動主體效應，因為主體在裝置操作期間完全耗盡。因此，F(xiàn)D-SOI裝置在浮動主體效應方面相對有利于設計。與FD-SOI裝置相比，還認為PD-SOI裝置提供較好的結(jié)電容、較低的斷態(tài)泄漏、較少的軟錯誤、較低的操作電壓和較低的柵極延遲。

傳統(tǒng)上，在FD-SOI技術中，使用具有低的主體摻雜和/或薄的主體厚度的裝置。此外，為了對短溝道效應實現(xiàn)良好控制，通常將裝置主體厚度減少到小于柵極長度的三分之一。然而，這會引發(fā)其自身的一系列問題，因為具有均勻超薄Si薄膜的SOI襯底(這是制造具有超薄主體的FD-SOI裝置所需要的)難以獲得或制造，且Si薄膜厚度的不均勻性可能會導致裝置特征出現(xiàn)重大波動，并對制造的簡易性產(chǎn)生負面影響。此外，難以在與高性能FD-SOI晶體管相同的芯片上建置模擬晶體管、高電壓I/O晶體管或具有不同Vt的晶體管。這些類型的晶體管較容易與PD-SOI晶體管一起建置。

因此，能夠在單個半導體襯底上可靠地形成PD-SOI和FD-SOI兩種晶體管裝置作為集成電路制造工藝的一部分將是有用的，其中可基于電路應用需求而采用任一種裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明涉及形成全耗盡絕緣體上硅(FD-SOI)和部分耗盡絕緣體上硅(PD-SOI)晶體管裝置作為集成電路制造工藝的一部分。在同一半導體襯底上形成這些不同類型的晶體管以使得可滿足不同的電路應用需求。舉例來說，可在速度和低閾值電壓(Vt)較重要的情況下使用FD-SOI晶體管。同樣，可在低關斷電流較重要、需要高電壓I/O晶體管、需要模擬晶體管、需要動態(tài)的Vsub調(diào)制和/或需要具有不同Vt的多個晶體管的情況下使用PD-SOI晶體管。尤其還可通過多晶硅層和襯底來建置電容器。類似地，也可制造雙極晶體管。