硅基低漏電流固支梁柵mos管倒相器及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路發(fā)展的初期，由于電路設(shè)計的規(guī)模不大，集成度不高，芯片的生產(chǎn)加工占成本較大比重，人們主要關(guān)注芯片的速度及所用硅片的面積，芯片的功耗問題則沒引起重視。然而，隨著器件特征尺寸的不斷縮小，尤其在進(jìn)入深亞微米工藝之后，芯片的規(guī)模不斷增大，內(nèi)部集成的MOS管數(shù)目急劇增加，時鐘頻率越來越高。眾多MOS管在很高的頻率下工作，導(dǎo)致芯片的功耗問題變得日益突出。高功耗會使芯片過熱，不僅會降低芯片性能還會縮短其使用壽命。過高的功耗還會使各種移動便攜式設(shè)備不得不面臨電源續(xù)航及散熱等問題。因此，集成電路過高的功耗對設(shè)備的散熱性能及穩(wěn)定性提出了更高的要求，各種移動便攜式設(shè)備的續(xù)航能力也受到越來越大的挑戰(zhàn)。因此，低功耗設(shè)計在超大規(guī)模集成電路設(shè)計過程中越來越重要。
[0003]常見的MOS管器件的功耗主要包括兩方面，一方面是指MOS管工作時交流信號產(chǎn)生的動態(tài)功耗；而另一方面是漏電流造成的損耗。而對于漏電流主要有兩種，一種是柵極電壓帶來的柵極漏電流，另一種時截止時源漏之間的漏電流。而目前對于MOS管器件的研究多集中在對MOS管動態(tài)功耗的降低。對漏電流的降低的研究很少。本發(fā)明即是基于Si工藝設(shè)計了一種具有極低的柵極漏電流的硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器及制備方法，在COMS倒相器工作時，通常希望其柵極的直流電流是為O。而實(shí)際上，由于傳統(tǒng)MOS管的柵氧化層很薄，所以柵氧化層中的場強(qiáng)很大，通常會造成一定的直流漏電流。在大規(guī)模集成電路中，這種漏電流的存在會增加倒相器在工作的中的功耗，降低其性能。而這種漏電流在本發(fā)明中得到有效的降低。
[0005]技術(shù)方案:本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器由固支梁柵NMOS管和固支梁柵PMOS管構(gòu)成，該倒相器中的MOS管制作在P型Si襯底上，其輸入引線利用多晶硅制作，固支梁柵NMOS管的源極接地，固支梁柵PMOS管的源極接電源；固支梁柵NMOS管的漏極與固支梁柵PMOS管的漏極短接，對于倒相器中的MOS管，其柵極懸浮在柵氧化層上方，形成固支梁結(jié)構(gòu)，兩個MOS管的固支梁柵是短接的，該固支梁柵的錨區(qū)制作在柵氧化層上；固支梁柵下方設(shè)計有電極板，電極板的上方有柵氧化層的覆蓋，每個MOS管電極板與該MOS管的源極短接。
[0006]固支梁柵NMOS管的閾值電壓設(shè)計為正，固支梁柵PMOS管的閾值電壓設(shè)計為負(fù)，固支梁柵NMOS管和固支梁柵PMOS管的閾值電壓的絕對值設(shè)計為相等，當(dāng)輸入高電平時，固支梁柵NMOS管的固支梁柵與電極板間的電壓大于閾值電壓的絕對值，所以固支梁柵被下拉到柵氧化層上，同時固支梁柵與固支梁柵NMOS管的源極間的電壓也大于閾值電壓，所以固支梁柵NMOS管導(dǎo)通，而固支梁柵PMOS管的固支梁柵與電極板間的電壓小于閾值電壓的絕對值，所以固支梁柵是懸浮的，同時固支梁柵與固支梁柵PMOS管的源極間的電壓接近0，所以固支梁柵PMOS管截止，從而倒相器輸出低電平，而當(dāng)輸入低電平時，情況恰好相反，固支梁柵NMOS管的固支梁柵懸浮，處于截止，而固支梁柵PMOS管的固支梁柵被下拉，處于導(dǎo)通，從而倒相器輸出高電平，所以在本發(fā)明中的MOS管工作中，在固支梁柵和電極板之間的電壓小于閾值電壓的絕對值時，固支梁柵是懸浮在柵氧化層的上方，而只有在固支梁柵和電極板之間的電壓達(dá)到或大于閾值電壓的絕對值時，固支梁柵才會下拉到貼在柵氧化層?xùn)叛趸瘜由希瑥亩筂OS管導(dǎo)通，相比于傳統(tǒng)的MOS管，本發(fā)明由于懸浮固支梁柵的設(shè)計，柵氧化層中的場強(qiáng)較小，因此直流漏電流也大大減小，從而有效的降低了功耗。
[0007]本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的制備方法如下:
[0008]I)準(zhǔn)備P型Si襯底；
[0009]2)初始氧化，生長S1Jl，作為摻雜的屏蔽層；
[0010]3)光刻S1Jl，刻出N阱注入孔；
[0011]4)N阱注入，在氮?dú)猸h(huán)境下退火；退火完成后，在高溫下進(jìn)行雜質(zhì)再分布，形成N阱；
[0012]5)去除硅表面的全部氧化層；
[0013]6)底氧生長。通過熱氧化在平整的硅表面生長一層均勻的氧化層，作為緩沖層。
[0014]7)沉積氮化硅，然后光刻和刻蝕氮化硅層，保留有源區(qū)的氮化硅，場區(qū)的氮化硅去除；
[0015]8)場氧化。對硅片進(jìn)行高溫?zé)嵫趸?，在場區(qū)生長了所需的厚氧化層；
[0016]9)去除氮化硅和底氧層，采用干法刻蝕技術(shù)將硅片表面的的氮化硅和底氧全部去除。
[0017]10)在硅片上涂覆一層光刻膠，光刻和刻蝕光刻膠，去除需要制作固支梁電極板位置的光刻膠。然后淀積一層Al，去除光刻膠以及光刻膠上的Al，形成電極板；
[0018]11)進(jìn)行柵氧化。柵氧化，形成一層高質(zhì)量的氧化層。
[0019]12)離子注入，調(diào)整PMOS的閾值電壓；
[0020]13)離子注入，調(diào)整NMOS的閾值電壓；
[0021]14)利用CVD技術(shù)沉積多晶娃，光刻柵圖形和多晶硅引線圖形，通過干法刻蝕技術(shù)亥IJ蝕多晶娃，保留輸入引線和固支梁的錨區(qū)位置的多晶硅。
[0022]15)通過旋涂方式形成PMGI犧牲層，然后光刻犧牲層，僅保留固支梁柵下方的犧牲層；
[0023]16)蒸發(fā)生長Al ；
[0024]17)涂覆光刻膠，保留固支梁柵上方的光刻膠；
[0025]18)反刻Al，形成固支梁柵；
[0026]19)涂覆光刻膠，光刻并刻蝕出硼的注入孔，注入硼，形成固支梁柵PMOS管的有源區(qū)；
[0027]20)涂覆光刻膠，光刻并刻蝕出磷的注入孔，注入磷，形成固支梁柵NMOS管的有源區(qū)；
[0028]21)制作通孔和引線；
[0029]22)釋放PMGI犧牲層，形成懸浮的固支梁柵。
[0030]在本發(fā)明中，MOS管的柵極不是直接附在柵氧化層上的，而是懸浮在柵氧化層的上方，形成一個固支梁結(jié)構(gòu)。本發(fā)明中，固支梁柵NMOS管的閾值電壓設(shè)計為正，固支梁柵PMOS管的閾值電壓設(shè)計為負(fù)，兩個MOS管的閾值電壓的絕對值設(shè)計為相同。而兩個MOS管的固支梁柵的下拉電壓設(shè)計為與MOS管的閾值電壓的絕對值相等。當(dāng)輸入高電平時，固支梁柵NMOS管的固支梁柵與電極板間的電壓大于閾值電壓的絕對值，所以固支梁柵被下拉到柵氧化層上，同時固支梁柵與固支梁柵NMOS管的源極間的電壓也大于閾值電壓，所以固支梁柵NMOS管導(dǎo)通。而固支梁柵PMOS管的固支梁柵與電極板間的電壓小于閾值電壓的絕對值，所以固支梁柵是懸浮的，同時固支梁柵與固支梁柵PMOS管的源極間的電壓接近0，所以固支梁柵PMOS管截止。從而倒相器輸出低電平。而當(dāng)輸入低電平時，情況恰好相反，固支梁柵NMOS管的固支梁柵懸浮，處于截止，而固支梁柵PMOS管的固支梁柵被下拉，處于導(dǎo)通。從而倒相器輸出高電平。所以在本發(fā)明中的MOS管工作中，在固支梁柵與電極板間的電壓小于閾值電壓的絕對值時，固支梁柵是懸浮在柵氧化層的上方，而只有在柵極與電極板間的電壓達(dá)到或大于閾值電壓的絕對值時，固支梁柵才會下拉到貼在柵氧化層上，從而使MOS管導(dǎo)通。相比于傳統(tǒng)的MOS管，具有固支梁柵的MOS管在導(dǎo)通前，其固支梁柵與柵氧化層之間有一層空氣，所以柵氧化層中的場強(qiáng)比傳統(tǒng)的MOS較小，所以直流漏電流得到減小。
[0031]有益效果:本發(fā)明的硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器在工作中能減小柵氧化層中的場強(qiáng)，從而有效的減小柵極直流漏電流。從而使得本發(fā)明中的硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的功耗得到有效的降低。
【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的原理圖，
[0033]圖2為本發(fā)明硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的俯視圖，
[0034]圖3為圖2硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的P_P’向的剖面圖，
[0035]圖4為圖2硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的A_A’向的剖面圖，
[0036]圖5為圖2硅基低漏電流固支梁柵MOS管倒相器的B_B’向的剖面圖，
[0037]圖中包括:固支梁柵NMOS管I，固支梁柵PMOS管2，P型Si襯底3，輸入引線4，柵氧化層5，固支梁柵6，錨區(qū)7，電極板8，N阱9，固支梁柵NMOS管的源極10，固支梁柵PMOS管的源極11，通孔12，引線13，固支梁柵NMOS管的漏極14，固支梁柵PMOS管的漏極15。
【具體實(shí)施方式】
[0038]本發(fā)明是由固支梁柵NMOS管I和固支梁柵PMOS管2構(gòu)成，該倒相器的MOS管基于P型Si襯底3制作，其輸入引線4是利用多晶硅制作。固支梁柵NMOS管的源極10接地，固支梁柵PMOS管的源極11接電源。固支梁柵NMOS管的漏極14與固支梁柵PMOS管的漏極15短接。本發(fā)明中的NMOS和PMOS的柵