專利名稱：非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及制造方法及用其的元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種集成電路元件及其制造方法，且特別涉及一種非對稱金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法及使用此晶體管的反向器與存儲器。
背景技術(shù)：
近年來，由于信息通訊的發(fā)展以及信息媒體(例如計算機(jī))的普及使得半 導(dǎo)體元件快速的發(fā)展。在同一個電子產(chǎn)品中，通常會配置有多個邏輯電路元 件，例如晶體管、電阻器、電容器等主動元件或被動元件，以實現(xiàn)特定的邏 輯功能。其中，晶體管是以半導(dǎo)體為主要材料的電子元件，其具有放大、振
蕩、開關(guān)等功能。電阻器可通過連續(xù)性的移動，以達(dá)變化電阻值，以調(diào)整電 路中的電流值或電壓值。
由于半導(dǎo)體工藝的集成度不斷提高， 一般的作法是通過縮小元件的尺
寸，以達(dá)到此目的。但是，元件的尺寸并沒有辦法無限制的縮小，而使電子 產(chǎn)品可更為縮小化。因此，如何制作新穎的半導(dǎo)體元件以解決上述問題，以 及引導(dǎo)集成電路產(chǎn)業(yè)邁向新的技術(shù)發(fā)展，已成為業(yè)界一致努力的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的就是在提供一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管，能夠幫助電子產(chǎn)品的尺寸的縮小化，以及提高工藝的集成度。
本發(fā)明的再一 目的是提供一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造
方法，能夠利用MOS工藝即可制造出既可當(dāng)作可變電阻器，又具有晶體管
特性的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
本發(fā)明的又一目的是提供一種反向器，其應(yīng)用本發(fā)明的非對稱金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管，而能夠降低元件的漏電流與電阻以及增加驅(qū)動電流增益。
本發(fā)明的另一目的是提供一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其應(yīng)用本發(fā)明的非 對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而能夠降低元件的漏電流與電阻以及增加驅(qū) 動電流增益。
本發(fā)明的又一目的是提供一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，其應(yīng)用本發(fā) 明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而能夠降低元件的漏電流與電阻以及 增加驅(qū)動電流增益。
本發(fā)明提出一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其具有可變電阻器特 性與晶體管特性。此非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括基底、柵極結(jié)構(gòu)、
一對間隙壁、 一對偏移間隙壁、源極區(qū)與漏極區(qū)以及延伸區(qū)。其中，柵極結(jié) 構(gòu)配置于基底上。柵極結(jié)構(gòu)包括柵極，以及配置于柵極與基底之間的柵介電 層。上述的間隙壁分別配置于柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上。上述的偏移間隙壁分別配 置于柵極結(jié)構(gòu)與間隙壁之間。源極區(qū)與漏極區(qū)分別配置于間隙壁側(cè)邊的基底 中。延伸區(qū)配置在偏移間隙壁其中之一與部分柵極結(jié)構(gòu)下方的基底中，且連 接源極區(qū)與漏極區(qū)的其中之一。而且，延伸區(qū)為重?fù)诫s區(qū)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的延伸區(qū)的摻雜濃度介于5x
1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3之間。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的偏移間隙壁例如是氧化硅層、氮化硅 層或氧化硅/氮化硅/氧化硅層。
本發(fā)明再提出一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法。此非對 稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有可變電阻器特性與晶體管特性。此方法為， 在基底上形成柵極結(jié)構(gòu)。柵極結(jié)構(gòu)包括柵極，以及形成于柵極與基底之間的 柵介電層。然后，在柵極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成一對偏移間隙壁，且偏移間隙壁的其 中之一的底部會延伸覆蓋住部分基底表面。接著，進(jìn)行第一離子注入工藝， 以于偏移間隙壁的其中另一個的一側(cè)的基底中形成延伸區(qū)。隨后，在柵極結(jié) 構(gòu)上形成一對間隙壁，以覆蓋住偏移間隙壁。繼之，進(jìn)行第二離子注入工藝， 在基底中形成源極區(qū)與漏極區(qū)，且源極區(qū)與漏極區(qū)的其中之 一 連接延伸區(qū)。 其中，延伸區(qū)為重#^雜區(qū)。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的偏移間隙壁的形成方法例如是，在基 底與柵極結(jié)構(gòu)上順應(yīng)性形成偏移間隙壁材料層。然后，形成光刻膠層，覆蓋 住柵極結(jié)構(gòu)的其中一側(cè)及其頂部的部分偏移間隙壁材料層。接著，進(jìn)行回蝕 刻工藝，移除光刻膠層以及部分偏移間隙壁材料層至曝露出柵極與基底表 面，以形成偏移間隙壁。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的延伸區(qū)的摻雜濃度介于5x 1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3之間。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的偏移間隙壁例如是氧化硅層、氮化硅 層或氧化硅/氮化硅/氧化硅層。
本發(fā)明又提出一種反向器，其包括P型晶體管以及N型晶體管。其中，
N型晶體管與P型晶體管串聯(lián)。而且，P型晶體管與N型晶體管的至少其中
之一為上述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
本發(fā)明另提出一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其包括兩個存取晶體管、兩個 驅(qū)動晶體管以及兩個負(fù)載晶體管。其中，負(fù)載晶體管為上述的非對稱金屬氧
化物半導(dǎo)體晶體管。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的負(fù)載晶體管為p型金屬氧化物半導(dǎo)體
晶體管，而存取晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，驅(qū)動晶體管為N 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
本發(fā)明又提出 一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路。此電路包括第一字線、 第二字線、第一位線、第二位線、第一存取晶體管、第二存取晶體管、第一 負(fù)載晶體管、第一驅(qū)動晶體管、第二負(fù)載晶體管以及第二驅(qū)動晶體管。第一 存取晶體管的柵極耦接至第一字線，其第一源極/漏極耦接至第一位線。第二 存取晶體管的柵極耦接至第二字線，其第一源極/漏極耦接至第二位線。第一 負(fù)載晶體管為上述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。第一負(fù)載晶體管的柵 極耦接至第二存取晶體管的第二源極/漏極，第一源極/漏極耦接至第一電壓， 第二源極/漏極耦接至該第一存取晶體管的第二源極/漏極。第一驅(qū)動晶體管 的柵極耦接至第二存取晶體管的第二源極/漏極，其第 一源極/漏極耦接至第 一存取晶體管的第二源極/漏極，第二源極/漏極耦接至第二電壓。第二負(fù)載 晶體管為上述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。第二負(fù)載晶體管的柵極耦 接至第一存取晶體管的第二源極/漏極，其第一源極/漏極耦接至第一電壓， 第二源極/漏極耦接至第二存取晶體管的第二源極/漏極.第二驅(qū)動晶體管的 柵極耦接至第一存取晶體管的第二源極/漏極，其第一源極/漏極耦接至第二 存取晶體管的第二源極/漏極，第二源極/漏極耦接至第二電壓。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的第一負(fù)載晶體管以及第二負(fù)載晶體管 為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而第一存取晶體管以及第二存取晶體管為 N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，第一驅(qū)動晶體管以及第二驅(qū)動晶體管為N型 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
依照本發(fā)明的實施例所述，上述的第一電壓是電源電壓，且第二電壓是4妻i也電壓。
由于，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有可變電阻器特性以 及晶體管特性。因此，有助于電子產(chǎn)品的尺寸的縮小化，以及工藝的集成度
的提高。而且，利用MOS工藝即可制造出本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)
體晶體管。另一方面，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可應(yīng)用在反 向器以及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器等元件中，且可降低元件的漏電流與電阻以及 增加驅(qū)動電流增益。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉實 施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。


圖1為依照本發(fā)明一實施例所繪示的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的 剖面示意圖。
圖2與圖3為以圖1的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管進(jìn)行電性測試得
到的電流與電壓的關(guān)系圖。
圖4A至圖4F為依照本發(fā)明一實施例所繪示的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體
晶體管的制造流程剖面示意圖。
圖5為依照本發(fā)明一實施例所繪示的反向器的剖面示意圖。
圖6為依照本發(fā)明另一實施例所繪示的反向器的剖面示意圖。
圖7為依照本發(fā)明一實施例所繪示的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面示意圖。
圖8為依照本發(fā)明一實施例所繪示的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路簡圖。 附圖標(biāo)記說明
100:非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管
102、 402、 502、 602:基底
104、 404、 504、 524、 604、 624: 4冊才及結(jié)構(gòu)
104a、 404a、 504a、 524a、 604a、 624a:柵極
104b、 404b、 504b、 524b、 604b、 624b:柵介電層
106a、 106b、 416a、 416b、 506a、 506b、 526a、 526b、 606a、 606b、 626a、
626b:間隙壁
108a、 108b、 410a、 410b、 508a、 508b、 528a、 528b、 608a、 608b、 628a、
628b:偏移間隙壁
110a、418a、 510a、 520a、 610a、620a:漏才及區(qū)
110b、,418b、 510b、 520b、 610b、620b:源才及區(qū)
112、414、 512、 522a、 522b、 512、 622a:延伸區(qū)406:偏移間隙壁材料層408:光刻膠層
412:底腳414:延伸區(qū)
501、601:阱區(qū)511、 611: P型晶體管
521、621: N型晶體管530、 630、 740:元件隔離結(jié)構(gòu)
710、LT1、 LT2:負(fù)載晶體管720、 DT1、 DT2:驅(qū)動晶體管
730、AT1、 AT2:存取晶體管BL1、 BL2:位線
WL1、.WL2:字線VDD:電源電壓
VSS:接地電壓
具體實施例方式
為了可更加提高半導(dǎo)體工藝的集成度，以及使集成電路產(chǎn)業(yè)邁向新的技 術(shù)發(fā)展，本發(fā)明提出一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。特別是，此非對
稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可具有可變電阻器(variable resistor)特性與晶體 管(tmnsistor)特性。
圖1為依照本發(fā)明一實施例所繪示的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的 剖面示意圖。
請參照圖1，非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管100包括基底102、柵極 結(jié)構(gòu)104、間隙壁106a與106b、偏移間隙壁(offset spacer)108a與108b、漏 極區(qū)110a、源極110b，以及延伸區(qū)(extension region)l 12。其中，基底102例 如是硅基底。在此實施例中，基底102例如是p型基底。柵極結(jié)構(gòu)104配置 于基底102上，其主要是由柵極104a與柵介電層104b所組成。柵極104a 的材料例如是摻雜多晶硅或其他合適的材料。柵介電層104b配置于基底102 與柵極104a之間，柵介電層104b的材料例如是氧化硅或其他合適的材料。
間隙壁106a、 106b分別配置于柵極結(jié)構(gòu)104的側(cè)壁上。間隙壁106a、 106b的材料例如是氮化硅或其他合適的材料。偏移間隙壁108a配置于柵極 結(jié)構(gòu)104與間隙壁106a之間，而偏移間隙壁108b配置于柵極結(jié)構(gòu)104與間 隙壁106b之間。偏移間隙壁108a、 108b例如是氧化硅層、氮化硅層或其他
合適的介電材料層。當(dāng)然，偏移間隙壁108a、 108b還可例如氧化硅/氮化硅/ 氧化硅(oxide/nitride/oxide, ONO)層。
漏極區(qū)110a配置于間隙壁106a側(cè)邊的基底102中，而源極區(qū)110b配 置于間隙壁106b側(cè)邊的基底102中。在本實施例中，漏極區(qū)110a與源極區(qū) 110b例如是摻雜n型離子的摻雜區(qū)，而n型離子例如是磷(P)離子或砷(As) 離子。
另外，非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管IOO還包括一個延伸區(qū)112。延 伸區(qū)112配置在偏移間隙壁108a、 108b其中之一與部分4冊極結(jié)構(gòu)104下方 的基底102中，且延伸區(qū)112可連接漏極區(qū)110a與源極區(qū)110b的其中之一。 在此實施例中，是以繪示延伸區(qū)112與漏極區(qū)110a連接j故說明。此延伸區(qū) 112、漏極區(qū)110a與源極區(qū)110b的4參雜離子型態(tài)相同，其為n型離子。而 且，延伸區(qū)112可為n+摻雜區(qū)，其摻雜濃度介于5 x 10"atoms/cm3 ~ 10'8atoms/cm3之間。
在上述實施例中，是以基底102為p型基底，延伸區(qū)112、漏極區(qū)110a 與源極區(qū)110b的摻雜離子型態(tài)皆為n型離子為例來做說明，然本發(fā)明并不 限定于此。在一實施例中，基底102可以是n型基底，而延伸區(qū)112、漏極 區(qū)110a與源極區(qū)110b的摻雜離子型態(tài)皆為硼(B)離子等p型離子，且延伸區(qū) 112可為pl參雜區(qū)。
因為，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可具有可變電阻器特性 以及晶體管特性。所以，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可被用在 同時需配置可變電阻器與晶體管的多種電子產(chǎn)品，以有助于電子產(chǎn)品的尺寸 的縮小化，以及工藝的集成度的提高。
另一方面，由于本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可具有可變電 阻器特性，因此在以非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管作為晶體管時，可降低 其漏電流(leakage)與電阻(resistance)，并增加其驅(qū)動電流增益(Ion gain)。
為了證明本發(fā)明的功效，特以圖1的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 100來進(jìn)行電性測量，其測量結(jié)果如圖2與圖3所示。
圖2為，在漏極區(qū)110a施加漏極電壓(Vo),在柵極104a上施加?xùn)艠O電 壓CVg),且源極區(qū)110b與基底102接地的測量條件下，進(jìn)行測量而得到的電 壓與電流的關(guān)系圖。在圖2的關(guān)系圖中，在不同的4冊;〖及電壓Vgl、 Vg2、 Vg3、 Vg4、 Vg5下，隨著漏極電壓(VD)逐漸增加，漏極電流(ID)會由0而逐漸增大
且收斂至固定值。由圖2的電流-電壓特性(I-V characteristics)可知，本發(fā)明 的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有作為晶體管的功能。
圖3為，在源極區(qū)110b施加源極電壓(VS)，在柵極104a上施加?xùn)艠O電 壓(Vg)，且漏極區(qū)110a與基底102接地的測量條件下，進(jìn)行測量而得到的電 壓與電流的關(guān)系圖。在圖3的關(guān)系圖中，在不同的柵極電壓Vg,、 Vg2、 Vg3、 Vg4、 Vgs下，隨著源極電壓(VS)逐漸增加，源極電流(IS)會隨著增加，且此 電壓與電流的比值為常數(shù)。而且，通過控制柵極電壓(Vg)的大小，可適度調(diào) 整非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管100的電阻值。因此，由圖3的電流-電 壓特性可知，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有作為可變電阻器 的功能。
由上述的電性測量可知，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管確實 可具有晶體管以及可變電阻器的特性。
接著，列舉一實施例說明本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制 造方法，然本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管并不限定于僅以此方法 可制作而得到。
圖4A至圖4F為依照本發(fā)明一實施例所繪示的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體 晶體管的制造流程剖面示意圖。
首先，請參照圖4A，提供基底402,此基底402例如是硅基底。在此實 施例中，基底402例如是p型基底。然后，在基底402上形成柵極結(jié)構(gòu)404。 柵極結(jié)構(gòu)404的形成方法例如是，先在基底402上依序形成一層?xùn)沤殡姴牧?層(未繪示)與一層?xùn)艠O材料層(未繪示)。其中，柵介電材料層的材料例如是 氧化硅或其他合適的材料，其例如是利用熱氧化法而形成。柵極材料層的材 料例如是摻雜多晶硅或其他合適的材料，其例如是利用化學(xué)氣相沉積法而形 成。然后，在形成柵介電材料層與柵極材料層后，接著利用光刻工藝與蝕刻 工藝，來定義柵極材料層與柵介電材料層，以形成柵極404a以及柵介電層 頓b。
之后，請參照圖4B,在基底402與柵極結(jié)構(gòu)404上順應(yīng)性形成一層偏 移間隙壁材料層406。偏移間隙壁材料層406的形成方法例如是化學(xué)氣相沉 積法。偏移間隙壁材料層406例如是氧化硅層、氮化硅層或其他合適的介電 材料層。當(dāng)然，偏移間隙壁材料層406還可例如氧化硅/氮化硅/氧化硅層。
繼之，請繼續(xù)參照圖4B,在基底402上方，形成一層光刻膠層408。此
光刻膠層408覆蓋住柵極結(jié)構(gòu)404的其中一側(cè)及其頂部的偏移間隙壁材料層 406。
隨后，請參照圖4C,進(jìn)行回蝕刻工藝，以移除光刻膠層408以及部分 偏移間隙壁材料層406至曝露出柵極404a與基底402表面，以形成偏移間 隙壁410a、 410b。承上述，回蝕刻工藝?yán)缡欠磻?yīng)離子蝕刻工藝(reactive ion etching process, RIE process)或是其他合適的蝕刻工藝。特別要說明的是， 在進(jìn)行回蝕刻工藝后，偏移間隙壁410b與基底402的鄰接處會有殘留的偏 移間隙壁材料層，稱的為底腳(footing),如圖4C的標(biāo)號412所示。
然后，請參照圖4D，對基底402進(jìn)行第一離子注入工藝，以在偏移間 隙壁410a下方的基底402中形成延伸區(qū)414。特別要說明的是，因為偏移間 隙壁410b的底部會延伸覆蓋住部分基底402表面，如圖4C的底腳412所示。 所以，在進(jìn)行第 一離子注入工藝時，此底腳412可作為阻擋層(blocking layer), 而不會在偏移間隙壁410b下方的基底402中形成延伸區(qū)，其僅會形成摻雜 區(qū)(未繪示)。
承上述，延伸區(qū)414例如是摻雜n型離子的摻雜區(qū)，而n型離子例如是 磷離子或砷離子。另外，延伸區(qū)414可為重?fù)诫s區(qū)，其可標(biāo)示為n+摻雜區(qū)， 且4參雜濃度介于5 x 1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3之間。
繼之，請參照圖4E，在柵極結(jié)構(gòu)404上形成一對間隙壁416a、 416b, 以覆蓋偏移間隙壁410a、 410b。間隙壁416a、 416b的材料例如是氮化硅或 其他合適的材料。間隙壁416a、 416b的形成方法例如是，形成一層間隙壁 材料層(未繪示)，以順應(yīng)性覆蓋住棚-極404a、偏移間隙壁410a、 410b以及 基底402。然后，進(jìn)行各向同性蝕刻工藝，移除部分間隙壁材料層，以形成 之。
之后，請參照圖4F，進(jìn)行第二離子注入工藝，以在基底402中形成漏 極區(qū)418a與源極區(qū)418b。上述，漏極區(qū)418a會連接延伸區(qū)414。漏極區(qū)418a、 源極區(qū)418b與延伸區(qū)414的摻雜離子型態(tài)相同，其為n型離子。
在上述實施例中，是以基底402為p型基底，延伸區(qū)414、漏才及區(qū)418a、 源極區(qū)418b的摻雜離子型態(tài)皆為n型離子為例來做說明，然本發(fā)明并不限 定于此。在一實施例中，基底402可以是p型基底，而延伸區(qū)414、漏極區(qū) 418a、源極區(qū)418b的摻雜離子型態(tài)皆為硼(B)離子等p型離子，且延伸區(qū)414 可為p+摻雜區(qū)。
由于，本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管具有可變電阻器特性以
及晶體管特性。因此，利用MOS工藝即可制作出可變電阻器，而不需使用
傳統(tǒng)電阻器的制作方法，例如多晶硅電阻器、擴(kuò)散層電阻器或阱電阻器等電 阻器的制作方法。
接下來，列舉出多個實施例以說明本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶
體管的應(yīng)用，其可應(yīng)用在反向器(inverter)以及靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器(static random access memory)等元件。然，本發(fā)明并不限于此，熟知本領(lǐng)域的^支術(shù) 人員可依實際情況而將本發(fā)明應(yīng)用于適當(dāng)?shù)脑?，在此就不一一列舉。
圖5為依照本發(fā)明一實施例所繪示的反向器的剖面示意圖。
請參照圖5,反向器500主要是由一個P型晶體管511以及與P型晶體 管511串聯(lián)的一個N型晶體管521所構(gòu)成。在P型晶體管511與N型晶體 管521之間具有元件隔離結(jié)構(gòu)530。此元件隔離結(jié)構(gòu)530例如是淺溝槽隔離 結(jié)構(gòu)或其他合適的隔離結(jié)構(gòu)。
反向器500的P型晶體管511是上述實施例的非對稱性金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管。P型晶體管511包括N型的基底502、由柵極504a與柵介電層 504b所組成的4冊極結(jié)構(gòu)504、間隙壁506a與506b、偏移間隙壁508a與508b、 P型的漏極區(qū)510a、 P型的源極區(qū)510b，以及P型的延伸區(qū)512。其中，延 伸區(qū)512可例如是p+摻雜區(qū)，其摻雜濃度介于5 x l014atoms/cm3 ~ 10'8atoms/cm3之間。另外，基底502、柵極504a、柵介電層504b、間隙壁 506a與506b以及偏移間隙壁508a與508b等構(gòu)件在上述實施例中皆已詳細(xì) 說明，在此就省略此重復(fù)的說明，而不再贅述。
另夕卜，反向器500的N型晶體管521為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 (即，對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)。N型晶體管521包括P型的阱區(qū)501、 由柵極524a與柵介電層524b所組成的柵極結(jié)構(gòu)524、間隙壁526a與526b、 偏移間隙壁528a與528b、 N型的漏極區(qū)520a、 N型的源極區(qū)520b，以及N 型的延伸區(qū)522a與522b。承上述，N型晶體管521的各個構(gòu)件為本領(lǐng)域的 技術(shù)人員所熟知，在此就省略此重復(fù)的說明，而不再贅述。
在上述實施例中，是以反向器中的P型晶體管為本發(fā)明的非對稱金屬氧 化物半導(dǎo)體晶體管，而N型晶體管為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(即， 對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)為例來做說明，但本發(fā)明并不限定于此。在 一實施例中，反向器中的P型晶體管可為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管(即，對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)，而N型晶體管為本發(fā)明的非對稱金屬 氧化物半導(dǎo)體晶體管。
圖6為依照本發(fā)明的另一實施例所繪示的反向器的剖面示意圖。
請參照圖6，本實施例的反向器600與圖5的實施例的反向器500類似， 惟二者的主要差異在于本實施例的反向器600的P型晶體管611以及一個 N型晶體管621皆為非對稱性金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
P型晶體管610包括N型的基底602、由柵極604a與4冊介電層604b所 組成的柵4及結(jié)構(gòu)604、間隙壁606a與606b、偏移間隙壁608a與608b、 P型 的漏極區(qū)610a、 P型的源極區(qū)610b，以及P型的延伸區(qū)612。其中，延伸區(qū) 612可例如是p+摻雜區(qū)，其摻雜濃度介于5 x 1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3 之間。另外，基底602、柵極604a、 4冊介電層604b、間隙壁606a與606b以 及偏移間隙壁608a與608b等構(gòu)件在上述實施例中皆已詳細(xì)說明，在此就省 略此重復(fù)的說明，而不再贅述。
另外，N型晶體管621包括P型的阱區(qū)601、由柵極624a與柵介電層 624b所組成的柵極結(jié)構(gòu)624、間隙壁626a與626b、偏移間隙壁628a與628b、 N型的漏極區(qū)620a、 N型的源極區(qū)620b，以及N型的延伸區(qū)622a。其中， 延伸區(qū)622a可例如是n+摻雜區(qū)，其摻雜濃度介于5 x I014atoms/cm3 ~ 10"atoms/cm3之間。另外，阱區(qū)601、 4冊極624a、柵介電層624b、間隙壁 626a與626b以及偏移間隙壁628a與628b等構(gòu)件在上述實施例中皆已詳細(xì) 說明，在此就省略此重復(fù)的說明，而不再贅述。
圖7為依照本發(fā)明的 一 實施例所繪示的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的剖面示意圖。
請參照圖7，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器是由六個晶體管(6T)所組成，其包括2 個負(fù)載晶體管(load transistor, LT)、 2個驅(qū)動晶體管(drive transistor, DT)， 以及2個存取晶體管(access transistor, AT)。在圖7中，僅繪示出負(fù)載晶體 管710、驅(qū)動晶體管720以及存取晶體管730。而且，在負(fù)載晶體管710、驅(qū) 動晶體管720以及存取晶體管730之間會有元件隔離結(jié)構(gòu)740，以將這些晶 體管隔開。元件隔離結(jié)構(gòu)740例如是淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)或其他合適的隔離結(jié)構(gòu)。
承上述，負(fù)載晶體管710是P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而驅(qū)動晶體 管720與存取晶體管730是N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。特別是，靜態(tài)隨 機(jī)存取存儲器的負(fù)載晶體管710為本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體
管，而驅(qū)動晶體管720與存取晶體管730為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管 (即，對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)。其中，負(fù)載晶體管710可例如是圖1 的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其各個構(gòu)件的配置與材料在上述實施例 中皆已詳細(xì)說明，在此就省略此重復(fù)的說明，而不再贅述。驅(qū)動晶體管720 與存取晶體管730的各個構(gòu)件為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知，在此就省略此重 復(fù)的說明，而不再贅述。
由于，上述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器是使用本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半 導(dǎo)體晶體管作為負(fù)載晶體管，其具有可變電阻器特性與，晶體管特性。因此，
能夠降低靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的漏電流與電阻，并增加其驅(qū)動電流增益。 接著，再列舉一實施例以更加詳細(xì)說明本發(fā)明的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器。 請參照圖8，其為依照本發(fā)明一實施例所繪示的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的 電路簡圖。靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器包括第一字線WL1、第二字線WL2、第一 位線BL1、第二位線BL2、第一存取晶體管AT1、第二存取晶體管AT2、第 一負(fù)載晶體管LT1、第一驅(qū)動晶體管DT1、第二負(fù)載晶體管LT2以及第二驅(qū) 動晶體管DT2。在此，第一存取晶體管AT1、第二存取晶體管AT2、第一驅(qū) 動晶體管DT1與第二驅(qū)動晶體管DT2是N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而 第一負(fù)載晶體管LT1與第二負(fù)載晶體管LT2是P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體 管。特別是，第一負(fù)載晶體管LT1與第二負(fù)載晶體管LT2為本發(fā)明的非對稱 金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，而第一存取晶體管AT1、第二存取晶體管AT2、 第一驅(qū)動晶體管DT1與第二驅(qū)動晶體管DT2為傳統(tǒng)的金屬氧化物半導(dǎo)體晶 體管(即，對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管)。
第一存取晶體管ATI的柵極耦接至第一字線WL1,其第一源極/漏極耦 接至第一位線BL1。第二存取晶體管AT2的柵極耦接至第二字線WL2,其 第一源極/漏極耦接至第二位線BL2。第一負(fù)載晶體管LT1的柵極耦接至第 二存取晶體管AT2的第二源極/漏極。第一負(fù)載晶體管LT1的第一源極/漏極 耦接至第一電壓(例如是電源電壓VDD)，其第二源極/漏極耦接至第一存取 晶體管ATI的第二源極/漏極。第一驅(qū)動晶體管DT1的柵極與第一源極/漏極 分別耦接至第一負(fù)載晶體管LT1的柵極與第二源極/漏極。第一驅(qū)動晶體管 DT1的第二源極/漏極耦接至第二電壓(例如是接地電壓VSS)。第二負(fù)載晶體 管LT2的柵極耦接至第一存取晶體管ATI的第二源極/漏極。第二負(fù)載晶體 管LT2的第一源極/漏極耦接至第一電壓(例如是電源電壓VDD),其第二源
極/漏極耦接至第二存取晶體管AT2的第二源極/漏極。第二驅(qū)動晶體管DT2 的柵極與第一源極/漏極分別耦接至第二負(fù)載晶體管LT2的柵極與第二源極/ 漏極。第二驅(qū)動晶體管DT2的第二源極/漏極耦接至第二電壓(例如是接地電 壓VSS)。
上述實施例中，靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的負(fù)載晶體管為本發(fā)明的非對稱金 屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。通過在負(fù)載晶體管的二源極/漏極的其中 一端施加電 壓的方式，可使負(fù)載晶體管具有可變電阻器特性或晶體管特性。而且，在負(fù) 載晶體管具有可變電阻器特性時，通過控制施加于柵極上的電壓的大小，還 可適度調(diào)整負(fù)載晶體管的電阻值。
綜上所述，本發(fā)明至少具有下列優(yōu)點(diǎn)
1 .本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，有助于電子產(chǎn)品的尺寸的 縮小化，以及工藝的集成度的提高。
2. 本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，可降低其漏電流與電阻， 并增加其驅(qū)動電流增益。
3. 利用MOS工藝即可制造出本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管， 而使其具有可變電阻器特性以及晶體管特性。
4. 本發(fā)明的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管可應(yīng)用在反向器以及靜態(tài)隨 機(jī)存取存儲器等元件中，且可降低元件的漏電流與電阻以及增加驅(qū)動電流增益。
雖然本發(fā)明已以實施例披露如上，然其并非用以限定本發(fā)明，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)，當(dāng)可作些許的更動與潤飾，因此本 發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其具有可變電阻器特性與晶體管特性，該非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括基底；柵極結(jié)構(gòu)，配置于該基底上，該柵極結(jié)構(gòu)包括柵極及配置于該柵極與該基底之間的柵介電層；一對間隙壁，分別配置于該柵極結(jié)構(gòu)的側(cè)壁上；一對偏移間隙壁，分別配置于該柵極結(jié)構(gòu)與該對間隙壁之間；源極區(qū)與漏極區(qū)，分別配置于該對間隙壁側(cè)邊的該基底中；以及延伸區(qū)，配置在該對偏移間隙壁其中之一與部分該柵極結(jié)構(gòu)下方的該基底中，且連接該源極區(qū)與該漏極區(qū)的其中之一，其中該延伸區(qū)為重?fù)诫s區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該延伸區(qū) 的才參雜濃度介于5 x 1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3之間。
3. 如權(quán)利要求1所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其中該對偏移 間隙壁包括氧化硅層、氮化硅層或氧化硅/氮化硅/氧化硅層。
4. 一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，該非對稱金屬氧化 物半導(dǎo)體晶體管具有可變電阻器特性與晶體管特性，該制造方法包括在基底上形成柵極結(jié)構(gòu)，該柵極結(jié)構(gòu)包括柵極及形成于該柵極與該基底 之間的柵介電層；在該4冊極結(jié)構(gòu)側(cè)壁形成一對偏移間隙壁，且該對偏移間隙壁的其中之一 的底部會延伸覆蓋住部分該基底表面；進(jìn)行第 一 離子注入工藝，以在該對偏移間隙壁的其中另 一個的一側(cè)的該 基底中形成延伸區(qū)；在該柵極結(jié)構(gòu)上形成一對間隙壁，以覆蓋該對偏移間隙壁；進(jìn)行第二離子注入工藝，在該基底中形成源極區(qū)與漏極區(qū)，且該源極區(qū) 與該漏極區(qū)的其中之一連接該延伸區(qū)，其中該延伸區(qū)為重?fù)诫s區(qū)。
5. 如權(quán)利要求4所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該對偏移間隙壁的形成方法包括在該基底與該柵極結(jié)構(gòu)上順應(yīng)性形成偏移間隙壁材料層；形成光刻膠層，覆蓋住該柵極結(jié)構(gòu)的其中 一側(cè)及其頂部的部分該偏移間 隙壁材料層；以及進(jìn)行回蝕刻工藝，移除該光刻膠層以及部分該偏移間隙壁材料層，直至 曝露出該柵極與該基底表面，以形成該對偏移間隙壁。
6. 如權(quán)利要求4所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該延伸區(qū)的摻雜濃度介于5 x 1014atoms/cm3 ~ 1018atoms/cm3之間。
7. 如權(quán)利要求4所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管的制造方法，其 中該對偏移間隙壁包括氧化硅層、氮化硅層或氧化石圭/氮化硅/氧化硅層。
8. —種反向器，包括 P型晶體管；以及 N型晶體管，與該P(yáng)型晶體管串聯(lián)，且該P(yáng)型晶體管與該N型晶體管的至少其中之一為如權(quán)利要求1至3 所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
9. 一種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，包括兩個存取晶體管；兩個驅(qū)動晶體管；以及 兩個負(fù)載晶體管，其中所述負(fù)載晶體管為如權(quán)利要求1至3所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo) 體晶體管。
10. 如權(quán)利要求9所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其中所述負(fù)載晶體管為P 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
11. 如權(quán)利要求9所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其中所述存取晶體管為N 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
12. 如權(quán)利要求9所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器，其中所述驅(qū)動晶體管為N 型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
13. —種靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，包括 第一字線以及第二字線； 第一位線以及第二位線；第一存取晶體管，其柵極耦接至該第一字線，其第一源極/漏極耦接至該 第一位線；第二存取晶體管，其柵極耦接至該第二字線，其第一源極/漏極耦接至該 第二位線； 第一負(fù)載晶體管，其柵極耦接至該第二存取晶體管的第二源極/漏極，其 第一源極/漏極耦接至第一電壓，其第二源才及/漏極耦接至該第一存取晶體管 的第二源極/漏極，其中該第一負(fù)載晶體管為如權(quán)利要求1至3所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；第一驅(qū)動晶體管，其柵極耦接至該第二存取晶體管的第二源極/漏極，其 第一源極/漏極耦接至該第一存取晶體管的第二源極/漏極，其第二源極/漏極 耦接至第二電壓；第二負(fù)載晶體管，其柵極耦接至該第一存取晶體管的第二源極/漏極，其 第一源極/漏極耦接至該第一電壓，其第二源極/漏極耦接至該第二存取晶體 管的第二源極/漏極，其中該第二負(fù)載晶體管為如權(quán)利要求1至3所述的非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管；以及第二驅(qū)動晶體管，其柵極耦接至該第一存取晶體管的第二源極/漏極，其 第一源極/漏極耦接至該第二存取晶體管的第二源極/漏極，其第二源極/漏極 耦接至該第二電壓。
14. 如權(quán)利要求13所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，其中該第一負(fù)載 晶體管以及該第二負(fù)載晶體管為P型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
15. 如權(quán)利要求13所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，其中該第一存取 晶體管以及該第二存取晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
16. 如權(quán)利要求13所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，其中該第一驅(qū)動 晶體管以及該第二驅(qū)動晶體管為N型金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管。
17. 如權(quán)利要求13所述的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器的電路，其中該第一電壓 是電源電壓，且該第二電壓是接地電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管及其制造方法及使用此晶體管的反向器與存儲器。一種非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管，其具有可變電阻器特性與晶體管特性。非對稱金屬氧化物半導(dǎo)體晶體管包括基底、柵極結(jié)構(gòu)、一對間隙壁、一對偏移間隙壁、源極區(qū)、漏極區(qū)以及延伸區(qū)。其中，延伸區(qū)配置在此對偏移間隙壁其中之一與部分柵極結(jié)構(gòu)下方的基底中。而且，延伸區(qū)連接源極區(qū)與漏極區(qū)的其中之一，此延伸區(qū)為重?fù)诫s區(qū)。
文檔編號H01L27/11GK101345257SQ20071012836
公開日2009年1月14日 申請日期2007年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月10日
發(fā)明者林鴻松 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司