本發(fā)明涉及半導(dǎo)體，具體為一種cfet的門電路器件結(jié)構(gòu)與工藝。

背景技術(shù)：

1、互補(bǔ)場效應(yīng)晶體管（complementary?fet,?cfet）作為一種堆疊式半導(dǎo)體器件，以其獨特的垂直互補(bǔ)結(jié)構(gòu)為集成電路的設(shè)計和制造帶來了新的可能。cfet的結(jié)構(gòu)設(shè)計有助于減少寄生效應(yīng)，并能逐步提高半導(dǎo)體元件的性能和功率效率。結(jié)合適應(yīng)性設(shè)計和背面供電等新技術(shù)，cfet有望在未來十年內(nèi)成為可能接替環(huán)柵器件（gate-all-around,?gaa）的先進(jìn)制程。

2、cmos設(shè)計中，由于大多數(shù)p器件和n器件的柵極電信號相同，加上共柵結(jié)構(gòu)的工藝簡單，因此，在目前cfet的研究中，研究機(jī)構(gòu)通常會使用共柵結(jié)構(gòu)作為電路的基本單元來設(shè)計電路。即使p器件和n器件柵極信號不相同，也只需引入假柵（dummy?gate，dg）和擴(kuò)散中斷（diffusion?break,?db）等結(jié)構(gòu)即可。

3、然而，現(xiàn)有cfet引入假柵和擴(kuò)散中斷結(jié)構(gòu)的方式容易使電路在一定程度上喪失電學(xué)性能和電路結(jié)構(gòu)整體面積上的優(yōu)勢，不利于優(yōu)化cfet器件的空間結(jié)構(gòu)和電路功能。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種能夠節(jié)省cfet集成的平面面積、提高集成密度、縮小溝道進(jìn)程的門電路器件結(jié)構(gòu)與工藝，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。

2、一方面，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種cfet的門電路器件結(jié)構(gòu)，所述器件結(jié)構(gòu)包括襯底，襯底作為基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)能夠作為薄膜生長及光刻的基底部件，襯底的頂部通過絕緣層包裹有并聯(lián)連接的n溝道場效應(yīng)管和p溝道場效應(yīng)管；

3、襯底具有導(dǎo)電性，能夠形成電子或空穴的載流子，實現(xiàn)電子器件的正常工作，襯底包括硅基襯底、ⅲ-ⅴ族化合物襯底和寬帶隙襯底；

4、其中，硅基襯底由硅或藍(lán)寶石材質(zhì)制成，由晶體硅制成的襯底具有良好的熱穩(wěn)定性和晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，因此，晶體硅襯底在常溫下具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易與酸、堿等物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，藍(lán)寶石晶體主要成分為，由三個氧原子和兩個鋁原子以共價鍵型式結(jié)合而成，其晶體結(jié)構(gòu)為六方晶格結(jié)構(gòu)，能夠提升襯底的耐磨能力、減小襯底使用過程中的磨損程度。

5、ⅲ-ⅴ族化合物襯底包括ⅲ-ⅴ族化合物，如氮化鎵和磷化銦，氮化鎵的化學(xué)表達(dá)式為gan；磷化銦的化學(xué)表達(dá)式為inp；其中，氮化鎵的帶隙能量約為3.4電子伏特，相比硅具有的1.1電子伏特帶隙能量和鍺具有的0.67電子伏特而言，氮化鎵的帶隙能量更大，從而使氮化鎵器件能夠在更高頻率下工作，同時搭配其發(fā)光性能，能夠滿足半導(dǎo)體電子器件的使用需求，采用ⅲ-ⅴ族化合物襯底的cfet能夠提升使用場合的可拓展性。

6、磷化銦的能帶隙約為1.35電子伏特，因此，磷化銦的能帶隙介于硅和氮化鎵之間，采用磷化銦制造的襯底能夠適用于高頻率、高速度的門電路器件結(jié)構(gòu)中，同時具有較高的電子遷移率，使得門電路器件在電場作用下，能夠更快地在半導(dǎo)體中傳輸，有利于提高器件的響應(yīng)速度和性能，此外，磷化銦還具有良好的光學(xué)性質(zhì)和熱穩(wěn)定性，能在高溫環(huán)境下保持其性能穩(wěn)定，有利于保持cfet門電路器件在高溫條件下使用的穩(wěn)定性。

7、當(dāng)采用諸如碳化硅或氮化硅的寬帶隙材料制造襯底時，由于碳化硅的帶隙寬度能夠達(dá)到3.2電子伏特，使碳化硅制成的襯底相較于晶體硅制成的襯底能夠在更高的電壓和溫度下工作，極大地提高了功率器件的效率和能耗比，同時由于碳化硅材料的熱導(dǎo)性能好，可以有效地管理和分散在高功率應(yīng)用中產(chǎn)生的熱量，因此有利于提高器件的可靠性和壽命；

8、當(dāng)采用氧化鎵制造襯底時，由于氧化鎵的帶隙寬度約4.5電子伏特至4.9電子伏特，能夠提升襯底的電氣擊穿強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性。

9、n溝道場效應(yīng)管的源極通過導(dǎo)線連接p溝道場效應(yīng)管的源極，實現(xiàn)兩個場效應(yīng)管源極s之間的共用；

10、同樣地，采用導(dǎo)線將n溝道場效應(yīng)管的漏極與p溝道場效應(yīng)管的漏極互相連接，能夠?qū)崿F(xiàn)n溝道場效應(yīng)管的漏極與p溝道場效應(yīng)管漏極的共用，設(shè)共用漏極為d；

11、采用絕緣介質(zhì)隔離n溝道場效應(yīng)管與p溝道場效應(yīng)管兩者的柵極，其中，n溝道場效應(yīng)管的柵極為，p溝道場效應(yīng)管的柵極為，互相分離的柵極與柵極構(gòu)成分離柵結(jié)構(gòu)；

12、所述柵極與柵極接入的電信號互不相同，通過保證柵極與柵極接入的電平信號始終互補(bǔ)，能夠匹配n溝道場效應(yīng)管與p溝道場效應(yīng)管兩者的關(guān)斷電壓，使p溝道場效應(yīng)管在接入負(fù)電壓時維持導(dǎo)通狀態(tài)，且n溝道場效應(yīng)管在接入高電平時同樣保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而維持tg門電路的導(dǎo)通狀態(tài)；

13、與此同時，當(dāng)p溝道場效應(yīng)管在接入正電壓時將變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)，且n溝道場效應(yīng)管在接入低電平時同樣保持關(guān)斷狀態(tài)，從而維持tg門電路的關(guān)斷狀態(tài)，使tg門電路能夠在n溝道場效應(yīng)管與p溝道場效應(yīng)管接收不同電平信號的條件下維持導(dǎo)通或關(guān)斷狀態(tài)，實現(xiàn)tg門電路的開關(guān)作用。

14、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：n溝道場效應(yīng)管的柵極的控制信號為c，p溝道場效應(yīng)管的柵極接收的控制信號為c’，控制信號為c與控制信號為c’始終為電平高低相反的電平信號；

15、所述控制信號c與控制信號c’為互補(bǔ)信號，當(dāng)控制信號c為高電平時，控制信號c’則為低電平；

16、當(dāng)控制信號c為低電平時，控制信號c’則為高電平。

17、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：柵極與柵極之間形成有介質(zhì)層，所述介質(zhì)層隔離柵極與柵極間的電信號，介質(zhì)層為不導(dǎo)電的薄膜材料，介質(zhì)層由二氧化硅、氮化硅、三氧化二鋁、低介電常數(shù)介質(zhì)和高介電常數(shù)材料中的任一種材料制成；低介電常數(shù)介質(zhì)包括有機(jī)硅、氟化硅和聚酰亞胺，能夠有效地降低寄生電容，從而提高信號傳輸速度并減少功耗；

18、高介電常數(shù)介質(zhì)包括氧化鉿、氧化鈦、氧化鋯、五氧化二鉭、鈦酸鋇鍶、鈦酸鍶、鈦酸鉛中的任意一種，通過采用真空涂層pvd或化學(xué)氣相沉積cvd涂氟在分離柵結(jié)構(gòu)之間，其中原子層沉積ald工藝應(yīng)用較多。

19、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：柵極與柵極自下而上間隔垂直堆疊，柵極與柵極交叉引出柵極信號，通過采用自下而上間隔垂直堆疊的方式排布n溝道場效應(yīng)管的漏極與p溝道場效應(yīng)管的柵極，能夠減小門電路器件在俯視投影面上的鋪開面積，并縱向拓展門電路器件的堆疊高度，能夠減小cfet器件使用過程中產(chǎn)生的寄生效應(yīng)，有利于逐步提高性能和功率效率。

20、另一方面，本發(fā)明還提供一種cfet的門電路器件工藝，包括如下步驟：

21、制造襯底，襯底包括頂層硅以及復(fù)合在頂層硅上的背襯底，通過完成襯底的制造能夠形成門電路器件的支撐基底；

22、對襯底實施soi工藝并制造soi晶體硅襯底，通過在頂層硅和背襯底之間加入絕緣物質(zhì)，有利于減少頂層硅和背襯底之間的寄生電容，通過對襯底實施soi工藝，能夠?qū)崿F(xiàn)襯底內(nèi)部的介質(zhì)隔離，徹底消除cmos電路中的寄生閂鎖效應(yīng)，另一方面，有利于提高門電路器件的集成密度和響應(yīng)速度；

23、在soi晶體硅襯底的頂部采用化學(xué)氣相沉積各向同性地沉積薄層制作掩模版，掩模版包括基板、遮光層和保護(hù)膜，其中基板由石英或蘇打材質(zhì)支撐；基板為一塊感光空白板，基板能夠維持光學(xué)透過率、降低熱膨脹率、增加掩模版的平整度和耐磨度；

24、遮光層主要分為硬質(zhì)遮光層和乳膠遮光層，乳膠遮光層主要應(yīng)用于pcb和觸控等場景，而硬質(zhì)遮光層則由于其鉻版的高機(jī)械強(qiáng)度和耐用性，以及能形成細(xì)微圖形的能力，常常通過在基板上鍍鉻來形成；

25、保護(hù)膜是具有耐光性和高透光率的掩膜版防護(hù)膜，能夠?qū)ρ谀０姹砻嫫鸱雷o(hù)作用；

26、蝕刻絕緣層并在掩模版下方形成硅鰭片和淺溝槽，通過將柵極環(huán)繞垂直的硅鰭片，能夠控制門電路中源極區(qū)域和漏極區(qū)域之間的電流流向，使硅鰭片能更好地控制溝道，減少漏電流，提高場效應(yīng)晶體管所構(gòu)成電路的整體性能，同時有利于提高晶體管密度，以便更好地控制電氣特性。

27、向絕緣層內(nèi)與淺溝槽隔離氧化物的部位內(nèi)預(yù)埋金屬線結(jié)構(gòu)，制成埋入式電源軌bpr，金屬線結(jié)構(gòu)為初始金屬線，便于積淀上層器件柵極金屬；

28、制造虛擬柵和內(nèi)部間隔，通過制造虛擬柵能夠標(biāo)記金屬分離柵結(jié)構(gòu)中兩個柵極的排布位置，通過制造內(nèi)部間隔，能夠用于降低器件兩側(cè)漏源的電容，提升金屬分離柵結(jié)構(gòu)的使用穩(wěn)定性；

29、在絕緣層2上依次生長底層外延層、底層接觸層、頂層外延層和頂層接觸層；

30、重制金屬分離柵結(jié)構(gòu)來隔絕柵極信號，通過接觸互連線，分別引出柵極信號；

31、重制金屬分離柵結(jié)構(gòu)和接觸互連線，通過將現(xiàn)有cfet的共柵結(jié)構(gòu)改造成金屬分離柵結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)不同場效應(yīng)管之間柵極的相對隔離，通過接觸互連線連接金屬分離柵結(jié)構(gòu)的不同柵極，能夠?qū)崿F(xiàn)對金屬分離柵結(jié)構(gòu)的連線連接；

32、采用化學(xué)機(jī)械平坦化?cmp技術(shù)對絕緣層、底層外延層、底層接觸層、頂層外延層和頂層接觸層打磨拋光，有利于保持絕緣層表面的平整度。

33、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：隔絕柵極信號的方法包括如下步驟：

34、隔絕柵極與柵極信號，采用絕緣介質(zhì)作為內(nèi)部隔離部件隔絕柵極與柵極之間的電信號，提升金屬分離柵結(jié)構(gòu)的使用穩(wěn)定性；

35、引出下層?xùn)艠O信號，下層?xùn)艠O信號作為金屬隔離柵結(jié)構(gòu)的一個分離的柵極信號端口，能夠作為隔離柵極，較共柵結(jié)構(gòu)減小器件的整體空間。

36、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：隔絕柵極與柵極信號的方法包括如下步驟：

37、刻蝕掉p溝道外圍的層，便于淀積一層新的層作為保護(hù)層；

38、采用ald技術(shù)重新淀積一層新的層作為門電路器件的保護(hù)層，增強(qiáng)器件的外部防護(hù)能力；

39、將新的層作為柵極與柵極的介質(zhì)層，隔離柵極與柵極間的電信號，減小寄生效應(yīng)；

40、在新的層上淀積上層器件柵極金屬，作為上層器件柵極互連線的連接定位端。

41、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述引出下層?xùn)艠O信號的方法包括如下步驟：

42、在絕緣層的頂部制造柵極隔離的掩模版，通過制造掩模版，能夠維持光學(xué)透過率、降低熱膨脹率、增加掩模版的平整度和耐磨度，并能形成細(xì)微圖形的能力，提升器件的耐光性；

43、刻蝕出可以引出下層器件柵極電信號的窗口，窗口能夠為下層器件柵極電信號的引出預(yù)留引線空間；

44、刻蝕掉所述窗口的層，以打開窗口，便于連接下層器件柵極電信號時保持接線的導(dǎo)電性；

45、在所述掩模版的頂部淀積氮化物作為器件保護(hù)層，能夠提升門電路器件的表面防護(hù)強(qiáng)度；

46、在掩模版的一端蝕刻柵通孔，通過蝕刻柵通孔，能夠形成隔離柵極連接的走線通道。

47、沿所述柵通孔刻蝕出金屬通道，作為隔離柵連接接線的連接通路，便于隔離柵結(jié)構(gòu)實現(xiàn)快速接線；

48、淀積金屬通道形成淀積部，淀積部能夠?qū)Ω綦x柵的柵極進(jìn)行固定。

49、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述引出下層?xùn)艠O信號的方法還包括：

50、當(dāng)上層器件柵極金屬淀積完成后，對所述上層器件柵極金屬拋光，有利于保持上層器件柵極金屬表面的平整度；

51、形成淀積部后，對淀積部拋光，有利于保持淀積部表面的平整度。

52、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：所述引出下層?xùn)艠O信號的方法還包括：

53、將沿淀積部的頂部與接觸互連線連接，接觸互連線包括第一接觸互連線和第二接觸互連線，第一接觸互連線和第二接觸互連線分別引出柵極信號，用于柵極信號的連接。

54、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

55、1、本發(fā)明通過將原本平面的cmos單元對折構(gòu)成向上相互垂直堆疊的立體器件，同時采用介質(zhì)隔離p型和n型場效應(yīng)管器件的柵極構(gòu)成分離柵結(jié)構(gòu)，有別于傳統(tǒng)cfet的共柵結(jié)構(gòu)，通過將傳統(tǒng)cfet管的垂直共柵結(jié)構(gòu)分解為兩個相互獨立的有效柵，能夠節(jié)省cfet集成的平面面積、提高集成密度、縮小溝道進(jìn)程以及提高芯片精度，有利于保持電路性能和電路設(shè)計的靈活性。

56、2、本發(fā)明通過采用分離柵結(jié)構(gòu)分離p器件和n器件的柵極信號，該分離柵結(jié)構(gòu)能夠針對柵極信號不相同的門電路器件使用，包括但不限于tg、tbuf標(biāo)準(zhǔn)庫門電路，但凡采用cfet基本結(jié)構(gòu)設(shè)計的電路，均可采用本發(fā)明提出的器件結(jié)構(gòu)和工藝，因此，本發(fā)明提供的門電路器件結(jié)構(gòu)與工藝不僅具有較強(qiáng)的場合適應(yīng)性，還具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展能力。