半导体器件制造技术

本发明专利技术的实施例涉及一种半导体器件包括：用于提供第一电位的第一电位供应线，用于提供比第一电位低的第二电位的第二电位供应线，功能电路，以及设置在第一电位供应线和功能电路之间的第一开关和设置在第二电位供应线和功能电路之间的第二开关中的至少一个。第一开关和第二开关是负电容FET。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件
本专利技术涉及半导体集成电路，并且更特别地涉及包括负电容场效应晶体管(NCFET)的半导体器件。
技术介绍
亚阈值摆幅是晶体管的电流-电压特性的一个特征。在亚阈值区域中，漏极电流的性能类似于正向偏压二极管的指数型增长的电流。在金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)运行区域中，在漏极、源极和基极(bulk)电压均固定的条件下，漏极电流-栅极电压的对数曲线将表现出近似的对数线性性能。为了改进亚阈值性能，已经提出了使用铁电材料的负电容场效应晶体管(NCFET)。
技术实现思路
根据本专利技术的一个实施例，提供一种半导体器件，包括：第一电位供应线，用于提供第一电位；第二电位供应线，用于提供比所述第一电位低的第二电位；功能电路；以及开关，设置在所述第一电位供应线和所述功能电路之间，其中：所述开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管和负电容器，其中，所述负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，以及所述第一端子电连接至所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。根据本专利技术的另一个实施例，提供一种半导体器件，包括：第一电位供应线，用于提供第一电位；第二电位供应线，用于提供比所述第一电位低的第二电位；功能电路；以及开关，设置在所述第二电位供应线和所述功能电路之间，其中：所述开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管和负电容器，其中，所述负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，以及所述第一端子电连接至所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。根据本专利技术的又一个实施例，提供一种半导体器件，包括：第一电位供应线，用于提供第一电位；第二电位供应线，用于提供比所述第一电位低的第二电位；功能电路；以及第一开关和第二开关中的至少一个，其中，所述第一开关设置在所述第一电位供应线和所述功能电路之间，所述第二开关设置在所述第二电位供应线和所述功能电路之间，其中：所述第一开关包括第一金属氧化物半导体场效应晶体管和第一负电容器，其中，所述第一负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，并且所述第一负电容器的第一端子电连接至所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述第一负电容器的第一端子是所述第一金属氧化物半导体场效应晶体管的第一栅电极，以及所述第二开关包括第二金属氧化物半导体场效应晶体管和第二负电容器，其中，所述第二负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，并且所述第二负电容器的第一端子电连接至所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极，所述第二负电容器的第二端子是所述第二金属氧化物半导体场效应晶体管的第二栅电极。附图说明当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳地理解本专利技术的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增大或减小。图1A和图1B示出常规MOSFET和NCFET的运行。图1C是根据本专利技术的一些实施例的半导体器件的电路图。图2A和图2B示出常规MOSFET和NCFET的电特性。图2C示出常规MOSFET和NCFET之间的比较。图3A示出金属-绝缘体-金属-绝缘体-半导体(MIMIS)FET型NCFET的横截面图，以及图3B和图3C示出金属-绝缘体-半导体(MIS)FET型NCFET的横截面图。图4A、图4B、图4C和图4D示出根据本专利技术的实施例的用于NCFET的制造操作。图5A、图5B和图5C示出根据本专利技术的实施例的NCFET的各个视图。图6A、图6B、图6C和图6D示出根据本专利技术的实施例的用于NCFET的制造操作。图7A、图7B、图7C和图7D示出根据本专利技术的实施例的用于NCFET的制造操作。图8A、图8B、图8C和图8D示出根据本专利技术的实施例的用于NCFET的制造操作。图9A、图9B、图9C、图9D、图9E和图9F示出根据本专利技术的实施例的电路图。图10A和图10B示出根据本专利技术的实施例的电路图。图11A和图11B示出根据本专利技术的实施例的电路图。具体实施方式应当理解，以下公开内容提供了许多用于实现本专利技术的不同特征的不同实施例或实例。下面描述了组件和布置的具体实例以简化本专利技术。当然，这些仅仅是实例，而不旨在限制本专利技术。例如，元件的尺寸不限于所公开的范围或值，但可能依赖于工艺条件和/或器件所需的性能。此外，在以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件以直接接触的方式形成的实施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之间可以形成额外的部件，从而使得第一部件和第二部件可以不直接接触的实施例。出于简化和清楚的目的，各特征可以不同比例任意绘制。出于简化目的，附图中一些层/特征可被省略。而且，为了便于描述，在此可以使用诸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空间相对术语以描述如图所示的一个元件或部件与另一个(或另一些)元件或部件的关系。除了图中所示的方位外，空间相对术语旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位上)，并且在此使用的空间相对描述符可以同样地作出相应的解释。另外，术语“由...制成”可以意为“包括”或者“由...组成”。此外，在随后的制造工艺中，在所描述的操作中/之间可以存在一个或多个额外的操作，并且可以改变操作的顺序。诸如集成电路(IC)的半导体器件中的功耗的最小化对于高速运行的半导体器件和/或用于移动终端的半导体器件是关键问题。已经提出了各种降低功耗的技术，但是由于用于控制电源的额外的电路，其中许多技术需要较大的芯片面积。一种这样的技术包括在电位供应线和功能电路之间增加头部开关和/或底端开关。例如，可以使用p型MOSFET作为头部开关，并且可以使用n型MOS作为底端开关来断开功能电路的电源。通过关闭连接至半导体器件中的非有源功能电路的头部/底端开关来降低功耗。在本专利技术中，头部开关是设置在第一电位供应线(Vdd)与诸如逻辑电路和/或存储器电路的功能电路之间的开关。当功能电路包括内部电位供应线(总线)时，在第一电位供应线(Vdd)和内部电位供应线之间设置头部开关。类似地，在第二电位供应线(Vss)和功能电路之间设置底端开关。当功能电路包括内部电位供应线(总线)时，在第二电位供应线(Vss)(例如，接地)和内部电位供应线之间设置头部开关。开关装置的尺寸(例如，装置宽度)由在“导通”状态下开关装置的电压降来决定，电压降由关系式ΔVDD＝ION*RON表示，其中，ION是运行有源功能电路所需的驱动电流以及RON是开关器件的线性电阻。基于所允许的最大ΔVDD和ION要求，确定RON的设计规格。如果开关装置的RON高于规格，需要相应地增加开关装置的尺寸。其他重要的装置参数是掉电状态泄漏电流IOFF，它决定了无源电路的功耗。典型地，为开关装置选择高Vt(阈值电压)器件以降低功耗。然而，由于栅极过驱(over-drive)(VDD-Vt)的损失，较高的Vt会导致较高的导通电阻RON，特别是对于先进的低VDD技术节点。因此，在功耗和芯片面积之间有一个折衷。在本实施例中，将NCFET应用到头部开关和/或底端开关以控制提供至功能电路的电源。图1A和图1B示出常规MOSFET和NCFET的运行。在NCFET中，表示负电容(CFE<0)的电容器(例如，铁电(FE)电容本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件，包括：第一电位供应线，用于提供第一电位；第二电位供应线，用于提供比所述第一电位低的第二电位；功能电路；以及开关，设置在所述第一电位供应线和所述功能电路之间，其中：所述开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管和负电容器，其中，所述负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，以及所述第一端子电连接至所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。

【技术特征摘要】
2017.09.18 US 15/707,5771.一种半导体器件，包括：第一电位供应线，用于提供第一电位；第二电位供应线，用于提供比所述第一电位低的第二电位；功能电路；以及开关，设置在所述第一电位供应线和所述功能电路之间，其中：所述开关包括金属氧化物半导体场效应晶体管和负电容器，其中，所述负电容器示出负电容并具有第一端子和第二端子，以及所述第一端子电连接至所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述负电容器的第一端子是所述金属氧化物半导体场效应晶体管的栅电极。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中：所述负电容器还包括设置在所述第一端子和所述第二端子之间的电容器介电层，以及所述电容器介电层是铁电材料，其中，所述铁电材料包括从由ZrO2、ZrAlSiO、HfO2、HfZrO2、掺杂有Zr的HfO2、掺杂有Al的HfO2和掺杂有Si的HfO2构成的组中选择的一种或多种。4.根据权利要求3所述的半导体器件，其中，所述电容器介电层的厚度在从1.0nm至10nm的范围内。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功能电路包括逻辑电路。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述功能电路包括存储器。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中：所述功能电路包括内部电位供应线，所述功能电路的多个金属氧化物半导体场效应晶体管的源极连接至所述内部电位供应线，以及所述开关的金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极连接至所述内部电位供应线，并且所述开关的金属氧化物半导体...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建兴，张智胜，威尔曼·蔡，张家文，叶凌彦，卡洛斯·H·迪亚兹，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71