專利名稱：陣列式場效應晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路版圖設(shè)計(layout)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于絕緣體上硅 (SOI)的陣列式場效應晶體管。
背景技術(shù)：
在場效應晶體管中，為了消除襯底偏置等二級效應，經(jīng)常需要將場效應晶體管 的阱區(qū)的電勢位固定；此外，集成電路的I/O單元電路里，也需要考慮到電路中的靜電 釋放問題；因此在集成電路版圖設(shè)計時，需要將場效應晶體管的阱區(qū)引出接地，進一步 的，可將引出的互連線連接至靜電消除電路然后再接地以排除靜電。
應用絕緣體上硅制作襯底，近年來已成為集成電路制造領(lǐng)域的熱點之一，SOI技 術(shù)是在頂層硅和背襯底之間引入一層埋氧化層，通過在絕緣體上形成半導體薄膜，SOI材 料具有了體硅所無法比擬的優(yōu)點可以實現(xiàn)集成電路中元器件的介質(zhì)隔離，徹底消除了 體硅CMOS電路中的寄生閂鎖效應；采用這種材料制成的集成電路還具有寄生電容小、 集成密度高、速度快、工藝簡單、短溝道效應小及特別適用于低壓低功耗電路等優(yōu)勢， 因此可以說SOI將有可能成為深亞微米的低壓、低功耗集成電路的主流技術(shù)。
現(xiàn)有的基于SOI襯底的集成電路版圖設(shè)計中，場效應晶體管一般采用手指狀版 圖，圖1為現(xiàn)有的一種手指狀場效應晶體管結(jié)構(gòu)示意圖；而圖2為圖1中沿A-A’方向 的截面示意圖。
結(jié)合圖1以及圖2所示，擴散區(qū)100形成于SOI襯底10，所述擴散區(qū)100作為 場效應晶體管的源區(qū)或漏區(qū)，并行排列呈手指狀，相鄰擴散區(qū)100之間的溝道阱201即場 效應晶體管中形成導通溝道的區(qū)域，溝道阱201的長度L為場效應晶體管的溝道寬度，而 溝道阱201的寬度D則為場效應晶體管的溝道長度?；ミB阱202連接并且垂直于各場效 應晶體管的溝道阱201，兩者構(gòu)成“H”型，在互連阱202以及溝道阱201的表面形成有“H”型的介質(zhì)層40以及介質(zhì)層40表面的多晶硅線30(圖2中由于截面位置所限制，未 示出溝道阱201表面的部分介質(zhì)層40以及多晶硅線30)，所述介質(zhì)層40以及多晶硅線30 位于溝道阱201表面的部分即構(gòu)成場效應晶體管的柵極。在上述版圖中，各區(qū)均基于SOI 襯底10上，擴散區(qū)100四周被互連阱202以及溝道阱201所圍繞；而溝道阱201位于介 質(zhì)層40的底部，SOI襯底10上，底部與頂部均絕緣，因此僅能夠通過互連阱202引出； 所述互連阱202相對于擴散區(qū)100的另一側(cè)為互連區(qū)101，且互連阱202與互連區(qū)101形 成歐姆接觸，所述互連區(qū)101通過接觸孔300引出互連線接地或者與靜電消除電路連接。 在上述器件區(qū)的周圍還形成有淺溝槽隔離6TI)400，將版圖區(qū)域與晶片上其余部分隔離 開。
所述溝道阱201與互連阱202的導電類型(摻雜類型)相同，而與擴散區(qū)100的 導電類型相反。因此相鄰的擴散區(qū)100與其間的溝道阱201構(gòu)成場效應晶體管單元，而 擴散區(qū)100與互連阱202的界面處則構(gòu)成了寄生PN結(jié)二極管。
上述手指狀場效應晶體管中，如果將各場效應晶體管單元中的源區(qū)以及漏區(qū)分別電連接，則等效于將各MOSFET單元并聯(lián)，總體的溝道寬度即各條溝道阱201的長度 之和。再如圖1所示，在實際制造工藝中，溝道阱201的長寬比較大，長度L遠大于寬 度D，使得各個MOSFET的溝道長寬比較小，根據(jù)圖1可知，能夠在有限的面積空間內(nèi) 提高場效應晶體管的導電能力。此外，擴散區(qū)100與相鄰的互連阱202所構(gòu)成的寄生二 極管能夠同時兼做靜電防護器件使用，即通過該寄生二極管將擴散區(qū)中的靜電傳輸至互 連阱202中，進一步通過互連區(qū)101引出，所述寄生二極管的寬度即擴散區(qū)100與互連阱 202的接觸長度，而寄生二極管的PN界面寬度則與互連阱202的長度有關(guān)，所述寄生二 極管的界面寬度將直接影響其導通電荷的能力。現(xiàn)有的手指狀場效應晶體管存在如下問題由于擴散區(qū)100與互連阱202的接觸 長度遠小于與溝道阱201的接觸長度，且互連阱202的長度有限，因此上述寄生二極管導 通電荷的能力難以滿足器件工作時導通釋放擴散區(qū)100中靜電荷的需求，需要額外增加 專用二極管用于靜電防護。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種陣列式場效應晶體管，具有導通靜電荷能力較強 的寄生二極管，滿足器件靜電防護的需求。本發(fā)明所述的一種陣列式場效應晶體管，包括SOI襯底，形成于SOI襯底的阱線、擴散區(qū)以及互連區(qū)；所述擴散區(qū)以及互連區(qū)構(gòu)成陣列式排布，通過“井”字形的阱線相間隔；所述阱線的導電類型與互連區(qū)相同，且與擴散區(qū)相反。作為可選方案，在所述陣列式排布中，單個互連區(qū)僅與擴散區(qū)相鄰；所述阱線包括位于相鄰擴散區(qū)之間的溝道阱；位于相鄰擴散區(qū)與互連區(qū)之間 的互連阱。作為可選方案，所述溝道阱相對于SOI襯底的另一側(cè)表面形成有柵極。作為可選方案，所述阱線相對于SOI襯底的另一側(cè)表面形成有介質(zhì)層以及介質(zhì) 層表面的多晶硅線，多晶硅線與阱線之間通過介質(zhì)層絕緣隔離。在上述陣列式場效應晶體管中，兩個相鄰的擴散區(qū)，一個作為源區(qū)，另一個則 作為漏區(qū)；優(yōu)選的，與互連區(qū)相鄰的擴散區(qū)作為漏區(qū)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點擴散區(qū)與互連區(qū)構(gòu)成陣列式結(jié)構(gòu)，在 不減小擴散區(qū)與互連阱的接觸長度，即MOSFET的溝道寬度前提下，大幅增加了擴散區(qū) 與互連阱的接觸長度，提高擴散區(qū)與互連阱之間的寄生二極管的導通靜電荷的能力，滿 足器件工作時釋放擴散區(qū)中靜電荷的需求，適于小尺寸器件的靜電防護，而利于器件進 一步按比例縮小。
通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其他目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。附圖中與現(xiàn)有技術(shù)相同的部件使用了相同的附圖標記。附 圖并未按比例繪制，重點在于示出本發(fā)明的主旨。在附圖中為清楚起見，放大了層和區(qū)域的尺寸。
圖1為現(xiàn)有的手指狀場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖2為沿圖1中A-A’方向的截面示意圖3為本發(fā)明所述陣列式場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖4為沿圖3中A-A’方向的截面示意圖5為現(xiàn)有的手指狀場效應晶體管的阱線示意圖6為本發(fā)明所述陣列式場效應晶體管的阱線示意圖。
具體實施方式
從背景技術(shù)可知，在現(xiàn)有的手指狀場效應晶體管中，互連阱以及互連區(qū)位于并 行排列的擴散區(qū)兩側(cè)，擴散區(qū)與互連阱的接觸長度，最長為整個場效應晶體管區(qū)域的兩 側(cè)邊長，因此寄生二極管也僅僅存在于擴散區(qū)兩側(cè)。而本發(fā)明通過將擴散區(qū)以及互連區(qū) 陣列式排布，使得相鄰擴散區(qū)之間的溝道阱以及相鄰擴散區(qū)、互連區(qū)之間的互連阱構(gòu)成 網(wǎng)狀“井”字形的阱線，能夠在不減小溝道寬度的同時，大幅增加擴散區(qū)與互連阱的接 觸長度。
本發(fā)明提供的陣列式場效應晶體管，具體包括
SOI襯底，形成于SOI襯底的阱線、擴散區(qū)以及互連區(qū)；其中所述擴散區(qū)以及互 連區(qū)構(gòu)成陣列式排布，并通過“井”字形的阱線相間隔；
可選的，所述擴散區(qū)以及互連區(qū)為便于布線以及制造，俯視截面可以為方形， 兩者的導電類型(即摻雜類型)相反。
阱線的導電類型與互連區(qū)相同，且與擴散區(qū)相反。
其中，所述阱線包括位于相鄰擴散區(qū)之間的溝道阱；位于相鄰擴散區(qū)與互連 區(qū)之間的互連阱。
所述溝道阱相對于SOI襯底的另一側(cè)表面形成有柵極，所述柵極包括依次位于 溝道阱表面的柵介質(zhì)層以及柵電極。
作為可選方案，所述阱線相對于SOI襯底的另一側(cè)表面形成有介質(zhì)層以及介質(zhì) 層表面的多晶硅線，所述多晶硅線與阱線之間通過介質(zhì)層絕緣隔離，其中位于溝道阱表 面的介質(zhì)層、多晶硅線可以分別作為前述的柵介質(zhì)層以及柵電極。
在兩個相鄰的擴散區(qū)中，當一個作為源區(qū)，另一個則作為漏區(qū)。優(yōu)選的，與互 連區(qū)相鄰的擴散區(qū)作為漏區(qū)。
下面結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明的一個具體實施例做進一步介紹，圖3是本發(fā) 明所述陣列式場效應晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖，為從器件頂部俯視的視角，而圖4為沿圖3中 A-A’方向的截面示意圖。
結(jié)合圖3以及圖4所示，本實施例中，所述陣列式場效應晶體管包括SOI襯底 10，以及位于SOI襯底表面的阱線20、擴散區(qū)100以及互連區(qū)101 ；其中所述擴散區(qū)100 以及互連區(qū)101構(gòu)成陣列式排布，并通過“井”字形的阱線20相間隔。
本實施例中，所述擴散區(qū)100的導電類型為N型，互連區(qū)101以及阱線20的導 電類型為P型。擴散區(qū)100以及互連區(qū)101俯視截面均為等邊長的正方形。假設(shè)一個完 整的陣列式場效應晶體管為5x5陣列，每塊擴散區(qū)100或者互連區(qū)101的邊長為a，則整個陣列的邊長為5a。此外相比于擴散區(qū)100以及互連區(qū)101的邊長尺寸，阱線20的線寬 可忽略不計。所述阱線20包括位于相鄰擴散區(qū)100之間的溝道阱201 ；位于相鄰擴散 區(qū)100與互連區(qū)101之間的互連阱202。所述5x5陣列的周圍還形成有淺溝槽隔離400將 場效應晶體管陣列區(qū)域與晶片上其余的有源區(qū)相隔離。由于寄生二極管存在于擴散區(qū)100與互連阱202界面處，也即擴散區(qū)100與互連 區(qū)101的之間。因此為了盡可能的利用互連區(qū)101的四邊長度，作為優(yōu)選方案，方形互連 區(qū)101的四周可以僅與擴散區(qū)100相鄰。按照上述原則，在圖3所示出的5x5陣列中， 具有四塊互連區(qū)101，所述互連區(qū)101可以通過接觸孔300引出互連線接地或者與靜電消 除電路電連接。如果以5x5陣列為坐標系，則四塊互連區(qū)101分別位于陣列的(2，2)、 (2，4)、(4，2)、(4，4)四個位置。此外，阱線20相對于SOI襯底10的另一側(cè)表面形成有多晶硅線30，多晶硅線 30與阱線20之間通過介質(zhì)層40相隔離，介質(zhì)層40的材質(zhì)可以為氧化硅。其中，介質(zhì)層 40位于溝道阱201表面的部分作為柵介質(zhì)層，而多晶硅線30位于溝道阱201表面的部分 可以作為柵電極，上述介質(zhì)層40以及多晶硅線30構(gòu)成場效應晶體管的柵極。相鄰的兩個N型擴散區(qū)100、位于兩者之間的溝道阱201以及溝道阱201表面由 介質(zhì)層40、多晶硅線30所構(gòu)成的柵極，形成了一個場效應晶體管單元，所述場效應晶體 管單元為NMOS晶體管，相鄰的擴散區(qū)100 —個作為源區(qū)，另一個作為漏區(qū)。因此在每 個方形的擴散區(qū)100上，最多可以在四邊構(gòu)成四個NMOS晶體管。此外，為了增大寄生 二極管的有效界面寬度，通常與互連區(qū)101相鄰的擴散區(qū)100作為漏區(qū)。溝道阱201的底部為絕緣的SOI襯底，頂部為柵介質(zhì)層40，兩側(cè)相鄰導電類型 相反的擴散區(qū)100，而通過互連阱202連接至互連區(qū)101，當互連區(qū)101接地后，能夠固 定溝道阱201的電勢位。因此互連阱202在陣列式場效應晶體管中，所起的作用為一 方面可以固定溝道阱201的電勢位，排除襯底偏置效應；另一方面構(gòu)成與擴散區(qū)100構(gòu)成 寄生二極管，釋放靜電荷。在上述陣列式場效應晶體管中，將擴散區(qū)100按源區(qū)以及漏區(qū)區(qū)分，并分別電 連接，則等效于將各場效應晶體管單元并聯(lián)，總體的溝道寬度即各條溝道阱201的長度 之和。下面將同等版圖尺寸的陣列式場效應晶體管與手指狀場效應晶體管相比較，闡 述本發(fā)明的優(yōu)點，在兩種場效應晶體管上分別劃定一個5ax5a的區(qū)域。圖5為手指狀場效應晶體管的阱線示意圖；其中并列排布的5塊擴散區(qū)100包括 間隔設(shè)置的源區(qū)以及漏區(qū)，所述源區(qū)、漏區(qū)分別用不同的填充色區(qū)分?？梢允莾蓧K源區(qū) 間隔三塊漏區(qū)，也可以是三塊源區(qū)間隔兩塊漏區(qū)。圖5中以兩塊源區(qū)間隔三塊漏區(qū)為示 例，斜線填充為漏區(qū)。相鄰的源區(qū)以及漏區(qū)之間為溝道阱201，共有4條，每條長度為 5a,因此圖5所示手指狀場效應晶體管的溝道寬度總長即4條溝道阱201的長度之和，為 20a。對于場效應晶體管而言，靜電荷均從漏區(qū)流向互連區(qū)101，因此所述寄生二極管中 實際有效的界面寬度，應當為漏區(qū)與互連區(qū)101之間的互連阱202的長度之和(圖5中粗 黑線所示長度)。根據(jù)上述5塊擴散區(qū)，源漏區(qū)劃分情況的不同，在5ax5a陣列中，可能 包括兩塊漏區(qū)，也可能包括三塊漏區(qū)，因此所述寄生二極管的有效界面寬度可能為4a， 也可能為圖5中所示的6a。
圖6為本發(fā)明所述陣列式場效應晶體管的阱線示意圖；其中方形擴散區(qū)100以及 互連區(qū)101的陣列式排布與圖3相同。將互連區(qū)101四周相鄰的擴散區(qū)100作為漏區(qū)， 而其余的擴散區(qū)100作為源區(qū)，可以獲得最大的寄生二極管有效界面寬度。在圖6中同 樣將源區(qū)、漏區(qū)分別用不同的填充色相區(qū)分，斜線填充為漏區(qū)。相鄰源區(qū)以及漏區(qū)之間 的溝道阱201共有25條，每條長度為a，因此圖6所示陣列式場效應晶體管的溝道寬度總 長即25條溝道阱201的長度之和，為25a。而寄生二極管有效的界面寬度，為漏區(qū)與互 連區(qū)101之間的互連阱202的長度之和(圖6中粗黑線所示長度)。圖6所示陣列中，共 有4塊互連區(qū)101，因此上述寄生二極管有效的界面寬度至少為16a。
進一步的，如圖6所示，假設(shè)在所述陣列式場效應晶體管的陣列區(qū)周圍再形成 一圈互連阱202，以及與上述互連阱202構(gòu)成歐姆接觸的互連區(qū)101，還能夠進一步擴大 寄生二極管的有效界面寬度。
綜上所述，在同等尺寸下，本發(fā)明所述的陣列式場效應晶體管與手指狀場效應 晶體管相比，溝道寬度并未減少反而有所增加，從20a增加至25a;另一方面擴散區(qū)100 與互連區(qū)101之間的寄生二極管的有效界面寬度大幅增加，從4a或者虹增加至16a，因 此具有更優(yōu)異的導通靜電荷的能力。
本發(fā)明雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng) 域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā) 明的保護范圍應當以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種陣列式場效應晶體管，其特征在于，包括SOI襯底，形成于SOI襯底的阱線、擴散區(qū)以及互連區(qū)；所述擴散區(qū)以及互連區(qū)構(gòu)成陣列式排布，通過“井”字形的阱線相間隔；所述阱線的導電類型與互連區(qū)相同，且與擴散區(qū)相反。
2.如權(quán)利要求1所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，在所述陣列式排布中，單 個互連區(qū)僅與擴散區(qū)相鄰。
3.如權(quán)利要求2所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，所述阱線包括 位于相鄰擴散區(qū)之間的溝道阱；位于相鄰擴散區(qū)與互連區(qū)之間的互連阱。
4.如權(quán)利要求3所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，所述溝道阱相對于SOI襯 底的另一側(cè)表面形成有柵極。
5.如權(quán)利要求1所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，所述阱線相對于SOI襯底 的另一側(cè)表面形成有介質(zhì)層以及介質(zhì)層上的多晶硅線。
6.如權(quán)利要求1所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，兩個相鄰的擴散區(qū)，一個 作為源區(qū)，另一個則作為漏區(qū)。
7.如權(quán)利要求6所述的陣列式場效應晶體管，其特征在于，與互連區(qū)相鄰的擴散區(qū)作 為漏區(qū)。
全文摘要
一種陣列式場效應晶體管，其特征在于，包括SOI襯底，形成于SOI襯底的阱線、擴散區(qū)以及互連區(qū)；所述擴散區(qū)以及互連區(qū)構(gòu)成陣列式排布，通過“井”字形的阱線相間隔；所述阱線的導電類型與互連區(qū)相同，且與擴散區(qū)相反。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明中擴散區(qū)與互連區(qū)構(gòu)成陣列式結(jié)構(gòu)，在不減小擴散區(qū)與互連阱的接觸長度，即MOSFET的溝道寬度前提下，大幅增加了擴散區(qū)與互連阱的接觸長度，提高擴散區(qū)與互連阱之間的寄生二極管的導通靜電荷的能力，滿足器件工作時釋放擴散區(qū)中靜電荷的需求，適于小尺寸器件的靜電防護。
文檔編號H01L23/528GK102024824SQ20091019632
公開日2011年4月20日 申請日期2009年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月21日
發(fā)明者何軍 申請人:上海宏力半導體制造有限公司