專(zhuān)利名稱(chēng)：互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體元件的制造方法，特別是涉及一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor-CMOS)反相器(Inverter)的制造方法。
反相器是集成電路中最基本的元件之一。反相器是一個(gè)單一輸入及單一輸出的數(shù)字元件，可將輸入的數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)變成相反的信號(hào)后輸出。即當(dāng)輸入反相器的信號(hào)為“0”時(shí)，則在反相器輸出端輸出的信號(hào)為“1”。相對(duì)地，當(dāng)輸入反相器的信號(hào)為“1”時(shí)，則在反相器輸出端輸出的信號(hào)為“0”。將多個(gè)反相器依特定的電路設(shè)計(jì)結(jié)合，可制作成各種邏輯運(yùn)算單元，例如(AND)、(OR)、(NAND)、(NOR)其他邏輯電路等。目前半導(dǎo)體制作技術(shù)，已可將數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的反相器積集在一個(gè)集成電路上，以執(zhí)行復(fù)雜的運(yùn)算功能。


圖1是現(xiàn)有的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器的電路圖；圖2是現(xiàn)有的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器的結(jié)構(gòu)剖視圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D1與圖2，互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)反相器包括有一個(gè)n-MOS晶體管101和一p-MOS晶體管103。n-MOS晶體管101為增強(qiáng)型晶體管，p-MOS晶體管103為缺乏型晶體管，且兩者的臨限電壓皆為0.7伏特(Volt)。n-MOS晶體管101和p-MOS晶體管103的漏極相互連接形成反相器的輸出端102。反相器的輸入端104則同時(shí)連接n-MOS晶體管101和p-MOS晶體管103的柵極。n-MOS晶體管101的源極接地(Ground，GND)，而p-MOS晶體管103的源極則施加一電源電位Vcc。
反相器操作時(shí)，當(dāng)輸入端104的輸入電位Vi為“high”時(shí)，反相器內(nèi)的n-MOS晶體管101將在“開(kāi)”的狀態(tài)，反相器的輸出端102與接在n-MOS晶體管101源極的GND接通，使得輸出端102上的輸出電位Vo為接地(GND)或“l(fā)ow”。相反的如果當(dāng)輸入電位Vi為“l(fā)ow”時(shí)，反相器內(nèi)的p-MOS晶體管103將在“開(kāi)”的狀態(tài)，反相器的輸出端102與p-MOS晶體管103的源極接通，而使得輸出端102上的輸出電位Vo變?yōu)閂cc或“high”。
如圖2所示，現(xiàn)有的CMOS反相器必須在基底中制作兩個(gè)分離的p-井(Well)105和n-井106，以在其中分別對(duì)應(yīng)形成n-MOS晶體管101和p-MOS晶體管103。此外，具有兩個(gè)控制柵極以及需額外制作漏極與輸出端的接觸窗，使得反相器的大小不能有效地縮小，造成密集度無(wú)法提高。
本發(fā)明的目的在于提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，制作工藝簡(jiǎn)單，有效地縮小互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器所占的空間，提高集成電路的密集度。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，用以在一基底中形成一反相器，它包括在該基底中形成一p-井，該p-井是該反相器的輸出端；在該p-井上形成一柵極，該柵極包括一第一邊緣、一第二邊緣、一柵極導(dǎo)體層和一柵氧化層；在該基底中形成一n型基極，其中該n型基極緊鄰該第一邊緣；在該n型基極中形成一p+摻雜區(qū)；以及在該基底中形成一n+摻雜區(qū)，其中該n+摻雜區(qū)緊鄰該第二邊緣。
本發(fā)明還提供一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，是在一基底中形成一反相器，它包括在該基底中形成一n-井，該n-井是該反相器的輸出端；在該p-井上形成一柵極，該柵極包括一第一邊緣、一第二邊緣、一柵極導(dǎo)體層和一柵氧化層；在該基底中形成一p型基極，且該p型基極緊鄰該第一邊緣；在該p型基極中形成一n+摻雜區(qū)；以及在該基底中形成一p+摻雜區(qū)，其中，該P(yáng)+摻雜區(qū)緊鄰該第二邊緣。
為了讓本發(fā)明之上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面特舉一優(yōu)選實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明；附圖中圖1是現(xiàn)有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器電路示意圖；圖2是現(xiàn)有互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖3是本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，一種p-井互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖4是本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，一種n-井互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)剖視圖；圖5A是本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例，一種P-井互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)俯視圖；以及圖5B是現(xiàn)有的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相的結(jié)構(gòu)俯視圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D3。首先，提供一p型基底300。在p型基底300中形成一深n-并302。形成深n-井302優(yōu)選的方式為以傳統(tǒng)的離子植入法，在p型基底300中植入一離子劑量約1015個(gè)原子/cm3左右，深度約3微米左右的深n-井302。
接著，以傳統(tǒng)的掩模及離子植入技術(shù)，在深n-井302中形成一P-井304。其中p-井304優(yōu)選的深度為1.5微米左右，優(yōu)選的摻雜離子劑量為1016個(gè)原子/cm3左右。
然后，在基底上形成一柵氧化層306覆蓋整個(gè)基底表面。其材料例如是二氧化硅，形成方式例如以傳統(tǒng)的熱氧化法，在基底上形成一薄二氧化硅層。之后在柵氧化層306上形成一柵極導(dǎo)體層308，其材料比如是多晶硅，接著限定柵極導(dǎo)體層308和柵氧化層306以形成一柵極303。
形成柵極303之后，在p-井304之中形成一n型基極310，其中此n型基極310可自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)(Self Align)柵極303的邊緣。其方式例如先以典型離子植入法對(duì)p-井304的中心區(qū)進(jìn)行n型離子摻雜，再加熱使其擴(kuò)散成n型基極310。由于n型基極310熱擴(kuò)散時(shí)是無(wú)方向性的，故在擴(kuò)散后n型基極310會(huì)水平延伸到柵極303下方，此時(shí)n型基極310的深度約為0.7微米，摻雜離子的劑量約1017個(gè)原子/cm3。優(yōu)選的摻雜物為磷。
接著，在n型基極310中心部分形成一p+摻雜區(qū)312，而且自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)到柵極303的一邊緣。其形成方法例如是離子植入法，優(yōu)選植入的深度及離子劑量分別為約0.3微米及約1020個(gè)原子/cm3，優(yōu)選的摻雜物質(zhì)為硼。值得注意的，形成p+摻雜區(qū)312的離子植步驟，與之前形成n型基極310時(shí)的離子步驟，可使用同一個(gè)光掩模。此外p+摻雜區(qū)312與p-井304是以n型基極310分隔。
之后，緊鄰在柵極303另一邊緣的p-井304中形成一n+摻雜區(qū)314。n+摻雜區(qū)314也自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)到柵極303的邊緣。其形成的方式例如是傳統(tǒng)的離子植入法，優(yōu)選的植入深度及離子劑量為約0.3微米及約1020個(gè)原子/cm3。
上述的制作工藝，其中使用的步驟，是在現(xiàn)有的CMOS制作工藝中很普遍的技術(shù)。因此現(xiàn)有技術(shù)人員可輕易應(yīng)用本發(fā)明的反相器。
然后，以傳統(tǒng)的方法，形成接觸窗和內(nèi)連線(xiàn)，將各個(gè)反相器301，依設(shè)計(jì)的電路連接起來(lái)，例如p+摻雜區(qū)312和p型基底300接至GND、柵極303接至輸入端連接輸入電位Vi、n+摻雜區(qū)314與深n-井302接到固定電位Vcc以及p-井304電連接至輸出電位Vo。
在操作時(shí)，當(dāng)輸入端的電位Vi為高(High)時(shí)(或是接近Vcc)，由于帶對(duì)帶隧道(BBT)的效應(yīng)，在p+摻雜區(qū)312的表面會(huì)產(chǎn)生電子。這些因帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)產(chǎn)生的電子會(huì)流入n型基極310中，而使P-井304的電位Vo因與P+摻雜區(qū)312導(dǎo)通而與P+摻雜區(qū)312的電位GND相同，等于“Low”。相似地，當(dāng)輸入電位Vi為低(Low)時(shí)(或是接地)，帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)也使得n+摻雜區(qū)314的表面會(huì)產(chǎn)生空穴，這些因帶對(duì)帶隧道效應(yīng)(BBT)產(chǎn)生的空穴，會(huì)通過(guò)入p-井314中，而使p-井304的電位Vo與n+摻雜區(qū)314的電位Vcc相同，等于“High”。如此一來(lái)，使得在p-井304上的輸出電位Vo與輸入電位Vi的狀態(tài)相反。
值得一提的，在n-基極310中離子的劑量必須充分足夠，以避免產(chǎn)生寄生金屬氧化物半導(dǎo)體(n-MOS或p-MOS)的作用。p-井為浮置且作為反相器301的輸出端。再者，在本發(fā)明中并沒(méi)有如現(xiàn)有方法制作淺摻雜漏極(LightlyDoped Drain，LDD)結(jié)構(gòu)及間隙壁。因此，n+摻雜區(qū)314和p+摻雜區(qū)312能通過(guò)帶對(duì)帶隧道(BBT)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的空穴、電子。換言之，即產(chǎn)生一柵極感應(yīng)漏極滲漏(Gate-induced Drain Leakage，GDIL)電流而使得p-井304的電位隨操作而改變。
柵極感應(yīng)漏極滲漏(GDIL)是指發(fā)生在具有薄柵氧化層的MOS元件上，在基底和漏極之間產(chǎn)生的電流。柵極感應(yīng)漏極滲漏(GDIL)的來(lái)源主要是來(lái)自發(fā)生在柵極和漏極交疊處表面的帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)。詳細(xì)資料可參考文獻(xiàn)“Design for Suppression of Gate-Induced Drain Leakage in LDD MOSFETsUsing a Quasi-2-dimensional Analytical Model”，by Parke et al.，IEEETransaction on Electron devices，Vol.39，No.7，July 1992，pp.694-1702.文獻(xiàn)中說(shuō)明在柵極303邊緣下方的n+摻雜區(qū)314，可產(chǎn)生一垂直方向的電場(chǎng)，使得在n+摻雜區(qū)314的表面產(chǎn)生空穴，導(dǎo)致在元件中發(fā)生帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)。
上述制作本發(fā)明反相器301的制作工藝，與現(xiàn)有的MOS制作工藝完全相容。更具體地說(shuō)，本發(fā)明反相器301制作工藝中的每一步驟在目前CMOS晶體管制作工藝中都可進(jìn)行，不需再額外添加機(jī)臺(tái)，或重新設(shè)計(jì)流程。此外，本發(fā)明反相器的體積比現(xiàn)有的反相器小，密集度更高。再者，當(dāng)其輸出端以電容耦合的方式連接至后一級(jí)電路時(shí)，并無(wú)電流功率損耗(DC PowerConsumption)問(wèn)題。由于不需要局部?jī)?nèi)連線(xiàn)，對(duì)于SRAM而言特別有利。
本發(fā)明的反相器并不只是可以p-井為輸出端的型式制作，也適用于極性相反的n-井中。其于第二實(shí)施例說(shuō)明之。
圖4是本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，一種n-井互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)剖視圖。
請(qǐng)參照?qǐng)D4，其中，反相器401的接觸窗與內(nèi)連線(xiàn)，其結(jié)構(gòu)與反相器301(圖3)不同，例如p+摻雜區(qū)412和p型基底400接至GND；柵極403接至輸入端Vi；n+摻雜區(qū)414接到固定電位Vcc；n-井接至輸出端。
在本第二實(shí)施例中，當(dāng)輸入端的電位Vi為高(High)時(shí)(或是接近Vcc)，在p+摻雜區(qū)412的表面會(huì)產(chǎn)生電子，這是由于帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)之故。這些因帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)產(chǎn)生的電子會(huì)流入n-井404中，而使n-井404的電位Vo因與p+摻雜區(qū)412導(dǎo)通而與電位GND相同，等于“Low”。相似地，當(dāng)輸入電位Vi為低(Low)時(shí)(或是接地)，由于帶對(duì)帶隧(3BT)效應(yīng)之故，在n+摻雜區(qū)的表面會(huì)產(chǎn)生空穴，這些因帶對(duì)帶隧道效應(yīng)(BBT)產(chǎn)生的空穴，會(huì)通過(guò)p型基極410流入n-井404中，而使n-并404的電位Vo與n+摻雜區(qū)414的電位Vcc相同，等于“High”。如此一來(lái)，使得在n-井上的輸出電位Vo與輸入電位Vi的狀態(tài)相反。
圖5A是應(yīng)用本發(fā)明的一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的結(jié)構(gòu)俯視圖；圖5B是現(xiàn)有的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相的結(jié)構(gòu)俯視圖。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D5A和圖5B，比較本發(fā)明與現(xiàn)有的反相器，如圖所示，本發(fā)明的反相器比現(xiàn)有的反相器節(jié)省了50％的空間。
由上述本發(fā)明第一、第二實(shí)施例可知，應(yīng)用本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)，1.在本發(fā)明的反相器是利用在n+摻雜區(qū)和P+摻雜區(qū)，通過(guò)帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)，產(chǎn)生一柵極感應(yīng)漏極滲漏(GILD)電流而使得p-并的電位隨操作而改變。
2.在本發(fā)明的反相器是在n+摻雜區(qū)和P+摻雜區(qū)，通過(guò)由帶對(duì)帶隧道(BBT)效應(yīng)，而產(chǎn)生一柵極感應(yīng)漏極滲漏(GILD)電流故并不需要淺摻雜漏極(LDD)和間隙壁的結(jié)構(gòu)。
3.制作本發(fā)明反相器的制作工藝，與現(xiàn)有的MOS制作工藝完全相容。本發(fā)明反相器制作工藝中的每一步驟在目前CMOS晶體管制作工藝中都可進(jìn)行。
4.本發(fā)明反相器的體積比現(xiàn)有的反相器小，密集度更高。
5.由于不需要局部?jī)?nèi)連線(xiàn)，當(dāng)本發(fā)明反相器的輸出端以電容耦合的方式連接至后一級(jí)電路時(shí)，并無(wú)電流功率損耗問(wèn)題。
6.本發(fā)明的反相器可同時(shí)適用于具有p-井和具有n-井基底之中。
雖然以上結(jié)合一優(yōu)選實(shí)施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，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)，可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)視為附上的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，用以在一基底中形成一反相器，其特征在于，它包括在該基底中形成一p-井，該p-井是該反相器的輸出端；在該p-井上形成一柵極，該柵極包括一第一邊緣、一第二邊緣、一柵極導(dǎo)體層和一柵氧化層；在該基底中形成一n型基極，其中該n型基極緊鄰該第一邊緣；在該n型基極中形成一p+摻雜區(qū)；以及在該基底中形成一n+摻雜區(qū)，其中該n+摻雜區(qū)緊鄰該第二邊緣。
2.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該n型基極的深度約為0.7微米，其摻雜離子的濃度約為1017個(gè)原子/cm3。
3.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該P(yáng)+摻雜區(qū)的深度約為0.3微米，且其摻雜離子的濃度約為1020個(gè)原子/cm3。
4.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該n+摻雜區(qū)的深度約為0.3微米，其摻雜離子的濃度約為1020個(gè)原子/cm3。
5.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該P(yáng)+摻雜區(qū)連接至接地電壓(Vss)，且該n+摻雜區(qū)連接至電源電壓(Vcc)。
6.如權(quán)利要求5所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該p-井是形成于一深n-井中，該深n-井是形成于一p型基底中，該深n-井連接到電源電壓(Vcc)，該p型基底連接至接地電壓(Vss)。
7.如權(quán)利要求1所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該p-井為反相器的輸出端。
8.一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，用于在一基底中形成一反相器，其特征在于，它包括在該基底中形成一n-井，該n-井是該反相器的輸出端；在該p-井上形成一柵極，該柵極包括一第一邊緣、一第二邊緣、一柵極導(dǎo)體層和一柵氧化層；在該基底中形成一p型基極，且該p型基極緊鄰該第一邊緣；在該p型基極中形成一n+摻雜區(qū)；以及在該基底中形成一p+摻雜區(qū)，其中，該p+摻雜區(qū)緊鄰該第二邊緣。
9.如權(quán)利要求8所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該p型基底的深度約為0.7微米，且其摻雜離子的濃度約為1017個(gè)原子/cm3。
10.如權(quán)利要求8所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該n+摻雜區(qū)的深度約為0.3微米，且其摻雜離子的濃度約為1020個(gè)原子/cm3。
11.如權(quán)利要求8所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該p+摻雜區(qū)的深度約為0.3微米，且其摻雜離子的濃度約為1020個(gè)原子/cm3。
12.如權(quán)利要求8所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，在該P(yáng)+摻雜區(qū)連接至接地電壓(Vss)，且該n+摻雜區(qū)連接至電源電壓(Vcc)。
13.如權(quán)利要求12所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該n-井是形成于一p型基底中，且該n-井連接到電源電壓(Vcc)，該p+摻雜區(qū)連接至接地電壓(Vss)。
14.如權(quán)利要求8所述的互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法，其特征在于，該n-井為反相器的輸出端。
全文摘要
一種互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體反相器的制造方法,包括在一基底中形成一p－井,以作為反相器的輸出端。接著在p－井上形成一柵極,其中柵極具有一第一邊緣和一第二邊緣。然后,在基底中形成一n型基極,其中n型基極緊鄰柵極的第一邊緣。其后,在n型基極中形成一p+摻雜區(qū)。最后在基底中形成一n+摻雜區(qū),緊鄰第二邊緣。
文檔編號(hào)H01L27/092GK1252620SQ9812329
公開(kāi)日2000年5月10日 申請(qǐng)日期1998年12月11日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月22日
發(fā)明者季明華 申請(qǐng)人:世大積體電路股份有限公司