绝缘层上源漏(source/drain on insulator; SDOI)结构是从绝缘体上硅(silicon on insulator; SOI)器件结构衍生出来的器件结构,区别在于仅源和漏在绝缘层上,而沟道区与体衬底相连通。又称绝缘层上漏源(drain/source on insulator; DSOI)结构。其绝缘介质可为氧化硅、氮化硅或空隙层。
DSOI和SDOI最早分别由中国清华大学和香港科技大学的研究小组在20世纪末和21世纪初提出。由于SOI器件具有优异的短沟道和低功耗特性,因此备受学术界和工业界关注,但是SOI衬底相比体硅衬底成本较高,而且SOI结构中埋氧层导热系数小于硅,器件工作中沟道产生的热量无法很快导走,其自热效应不容忽视,这两方面原因长期阻碍SOI器件被大规模应用。
SDOI器件结构的提出试图在利用SOI器件优势的同时避免其缺点:①沟道与体衬底相连通,散热不存在问题,避免了自热效应。②源漏下方的绝缘介质可降低源漏寄生电容,提高电路工作速度。③源漏下方的绝缘介质可减少漏与衬底间的泄漏通道,降低泄漏电流。④在制备过程中可在体硅衬底材料的特定区域形成源漏下的绝缘介质,降低了成本,增加了工艺灵活性。
形成源漏下绝缘层的方法有3种:①利用氧化或淀积的方法在源漏位置的下方形成绝缘层,再利用淀积的方法在绝缘层上形成多晶硅或无定形硅,这种非单晶的源漏给器件性能带来不良影响。②利用注氧和高温退火的方法在源漏下方形成埋氧层,这种方法所需的高剂量注入和高温退火都对器件制备带来较大挑战,而且成本也与SOI衬底制备相差无几。③利用选择性外延在体硅衬底上生长硅锗/硅(SiGe/Si)叠层,然后在器件制备过程中将SiGe选择性地去除,然后气相淀积形成埋层介质。这3种方法除了上述存在的问题,都还有工艺控制的问题,最终器件性能也与理想情况有一定差距,因此截至2018年尚未出现工业化应用。