可重新配置的互补金属氧化物半导体装置及方法制造方法及图纸

本申请涉及可重新配置的互补金属氧化物半导体装置及方法，揭示具有多种操作模式(如倍频模式等)的可重新配置的互补金属氧化物半导体装置。装置包括N型场效应晶体管(NFET)及P型场效应晶体管(PFET)，其是阈值电压可编程，并联连接，并具有电性连接的栅极。可同时编程NFET及PFET的阈值电压，并可依据在NFET及PFET中达到的阈值电压的特定组合设置装置的操作模式。可选地，可同时重新编程NFET及PFET的阈值电压，以切换操作模式。这样的装置较小，并以最小的功耗达到倍频及其它功能。本申请还揭示用于形成装置以及用于重新配置装置(也就是，用于同时编程NFET及PFET以设置或切换操作模式)的方法。式)的方法。式)的方法。

Reconfigurable complementary metal oxide semiconductor device and method

【技术实现步骤摘要】
可重新配置的互补金属氧化物半导体装置及方法


[0001]本专利技术涉及阈值电压可编程场效应晶体管(例如，铁电场效应晶体管(ferroelectric field effect transistor；FeFET)等)，尤其涉及可重新配置的互补金属氧化物半导体(complementary metal oxide semiconductor；CMOS)装置、形成该装置的方法以及重新配置(也就是，编程)该装置的方法的实施例。

技术介绍

[0002]倍频器是无线通信系统(其中需要稳定的高频振荡)的基本组件。当前最新的倍频器包括滤波及放大电路。遗憾的是，此类滤波放大电路消耗大量的芯片面积及功率。

技术实现思路

[0003]本文中揭示可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的实施例。该装置包括多个场效应晶体管(FET)，尤其N型场效应晶体管(NFET)及P型场效应晶体管(PFET)。该NFET及该PFET都可为阈值电压可编程FET。此外，该NFET与该PFET可并联电性连接，并可具有电性连接的栅极。利用此配置，该NFET及该PFET的阈值电压可通过施加特定的一组电压条件来同时编程(如具体实施方式部分中进一步讨论)。作为所述施加该特定组电压条件的结果，可在该两个FET中达到多个可能阈值电压组合中的一个特定阈值电压组合，以使该装置可操作于多种可能操作模式(例如，倍频操作模式、正信号传输模式、信号阻挡模式等)中的一种特定操作模式。利用此配置，该NFET及该PFET的阈值电压可选地通过施加不同的一组电压条件来重新编程(例如，在现场(in the field))，以在该两个FET中达到一个不同的特定阈值电压组合，并因此将该装置切换至该多种可能操作模式中的不同的一种操作模式。
[0004]本文中还揭示形成如上所述的可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的方法的实施例。该方法可包括提供衬底，以及在该衬底上形成该可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置。具体地说，该方法可包括在该衬底上形成互补的一对场效应晶体管(FET)，尤其N型FET(NFET)与P型FET(PFET)。该NFET及PFET可经形成以使它们为阈值电压可编程FET。此外，该NFET及该PFET可经形成以使它们并联电性连接并使它们具有电性连接的栅极。
[0005]本文中还揭示用于重新配置(在本文也称为编程)如上所述的可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的方法的实施例。具体地说，该方法可包括提供这样的可重新配置的CMOS装置。该方法还可包括同时编程该NFET及该PFET的阈值电压。具体地说，该NFET及该PFET的阈值电压可通过施加特定的一组电压条件来同时编程(如具体实施方式部分中进一步讨论)。作为所述施加该特定组电压条件的结果，可在该两个FET中达到多个可能阈值电压组合中的一个特定阈值电压组合，以使该装置可操作于多种可能操作模式(例如，倍频操作模式、正信号传输模式、信号阻挡模式等)中的一种特定操作模式。可选地，该方法还可包括通过施加不同的一组电压条件来同时重新编程该NFET及该PFET的阈值电压
(例如，在现场)，以在该两个FET中达到一个不同的特定阈值电压组合，并因此将该装置切换至该多种可能操作模式中的不同的一种操作模式。
附图说明
[0006]通过参照附图自下面的详细说明将更好地理解本专利技术，该些附图并不一定按比例绘制，且其中：
[0007]图1是显示所揭示的可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的实施例的示意图；
[0008]图2A显示该可重新配置的CMOS装置的实施例的示例布局图，且图2B及2C显示可被包含于该可重新配置的CMOS装置的实施例中的示例阈值电压可编程FET(例如，N型及P型铁电场效应晶体管(FeFET))的剖视图；
[0009]图3是显示可用以重新配置包括N型及P型FeFET的该可重新配置的CMOS装置的实施例的示例组电压条件的表格；
[0010]图4A
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1是显示第一装置状态的负和正阈值电压曲线的图形，且图4A
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2显示包括针对图3的表格中所列出的且与该第一装置状态相关的倍频模式的漏极电流
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栅极电压曲线、输入电压信号、以及输出电流信号的图形；
[0011]图4B
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1是显示第二装置状态的负和正阈值电压曲线的图形，且图4B
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2显示包括针对图3的表格中所列出的且与该第二装置状态相关的正信号传输模式的漏极电流
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栅极电压曲线、输入电压信号、以及输出电流信号的图形；
[0012]图4C
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1是显示第三装置状态的负和正阈值电压曲线的图形，且图4C
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2显示包括针对图3的表格中所列出的且与该第三装置状态相关的信号阻挡模式的漏极电流
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栅极电压曲线、输入电压信号、以及输出电流信号的图形；
[0013]图4D
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1是显示第四装置状态的负和正阈值电压曲线的图形，且图4D
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2显示包括针对图3的表格中所列出的且与该第四装置状态相关的负信号传输模式的漏极电流
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栅极电压曲线、输入电压信号、以及输出电流信号的图形；
[0014]图4E
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1是显示第五装置状态的负和正阈值电压曲线的图形，且图4E
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2显示包括针对图3的表格中所列出的且与该第五装置状态相关的替代传输模式的漏极电流
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栅极电压曲线、输入电压信号、以及输出电流信号的图形；
[0015]图5是显示用于形成该可重新配置的CMOS装置的方法实施例的流程图；以及
[0016]图6是显示用于重新配置该可重新配置的CMOS装置的方法实施例的流程图。
具体实施方式
[0017]如上所述，倍频器是无线通信系统(其中需要稳定的高频振荡)的基本组件。当前最新的倍频器包括滤波及放大电路。遗憾的是，此类滤波放大电路消耗大量的芯片面积及功率。
[0018]鉴于上述，本文中揭示具有多种不同操作模式(包括但不限于倍频模式)的可重新配置的互补金属氧化物半导体(CMOS)装置的实施例。该装置可包括N型场效应晶体管(NFET)及P型场效应晶体管(PFET)，它们是阈值电压可编程的，并联连接，并具有电性连接的栅极。利用此配置，可同时编程该NFET及PFET的阈值电压，并可依据在编程期间在该NFET
及PFET中达到的阈值电压的特定组合来设置该装置的操作模式。例如，若NFET具有低正阈值电压且PFET具有低负阈值电压，则该装置可操作于倍频模式。此外，根据需要，可同时重新编程(例如，在现场)该NFET及PFET的阈值电压，以切换该装置的操作模式。这样的装置可较小(也就是，可消耗最小量的芯片面积)，并可以最小的功耗达到倍频及其它功能。本文中还揭示用于形成该装置的方法的实施例以及用于重新配置该装置的方法的实施例(也就是，用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种装置，包括：N型场效应晶体管；以及P型场效应晶体管，其中，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管包括阈值电压可编程场效应晶体管，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管并联电性连接，并且该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管具有电性连接的栅极。2.如权利要求1所述的装置，其中，该N型场效应晶体管包括：第一本体；在该第一本体中，横向位于第一源极区与第一漏极区之间的第一沟道区；以及位于该第一沟道区上的第一栅极，其中，该P型场效应晶体管包括：第二本体；在该第二本体内，横向位于第二源极区与第二漏极区之间的第二沟道区；以及位于该第二沟道区上的第二栅极，以及其中，该装置还包括：位于该第一漏极区与该第二源极区之间的接合处的输出节点，位于该第一源极区与该第二漏极区之间的接合处的接地节点，位于该第一栅极与该第二栅极之间的接合处的输入节点，位于该第一本体处的第一编程节点，以及位于该第二本体处的第二编程节点。3.如权利要求1所述的装置，其中，该N型场效应晶体管具有多个不同的可编程正阈值电压，其中，该P型场效应晶体管具有多个不同的可编程负阈值电压，以及其中，该装置具有随该N型场效应晶体管的该多个不同的可编程正阈值电压及该P型场效应晶体管的该多个不同的可编程负阈值电压变化的多种不同操作模式。4.如权利要求3所述的装置，其中，当该装置操作于该多种不同操作模式的其中特定一种时，该装置呈现多条不同的漏极电流
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栅极电压曲线的其中特定一条。5.如权利要求1所述的装置，其中，该N型场效应晶体管具有多个不同的可编程正阈值电压，该多个不同的可编程正阈值电压至少包括低正阈值电压及高正阈值电压，其中，该P型场效应晶体管具有多个不同的可编程负阈值电压，该多个不同的可编程负阈值电压至少包括低负阈值电压及高负阈值电压，以及其中，该装置具有至少四种不同的装置状态，包括：第一状态，其中，该N型场效应晶体管具有该低正阈值电压且该P型场效应晶体管具有该低负阈值电压；第二状态，其中，该N型场效应晶体管具有该低正阈值电压且该P型场效应晶体管具有该高负阈值电压；第三状态，其中，该N型场效应晶体管具有该高正阈值电压且该P型场效应晶体管具有该高负阈值电压；以及第四状态，其中，该N型场效应晶体管具有该高正阈值电压且该P型场效应晶体管具有该低负阈值电压。6.如权利要求5所述的装置，其中，该N型场效应晶体管的该多个不同的可编程正阈值电压还包括超低正阈值电压，其中，该P型场效应晶体管的该多个不同的可编程负阈值电压还包括超低负阈值电压，
以及其中，该装置状态还包括第五状态，其中，该N型场效应晶体管具有该超低正阈值电压且该P型场效应晶体管具有该超低负阈值电压。7.如权利要求1所述的装置，其中，该阈值电压可编程场效应晶体管包括铁电场效应晶体管、电荷捕获场效应晶体管以及浮栅场效应晶体管的其中任意一种。8.如权利要求1所述的装置，其中，该栅极包括单个栅极结构的不同部分。9.一种方法，包括：提供衬底；以及在该衬底上形成装置，其中，该装置的该形成包括形成N型场效应晶体管及P型场效应晶体管，其中，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管包括阈值电压可编程场效应晶体管，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管并联电性连接，并且该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管具有电性连接的栅极。10.如权利要求9所述的方法，其中，该N型场效应晶体管经形成以包括：第一本体；在该第一本体中，横向位于第一源极区与第一漏极区之间的第一沟道区；以及位于该第一沟道区上的第一栅极，其中，该P型场效应晶体管经形成以包括：第二本体；在该第二本体内，横向位于第二源极区与第二漏极区之间的第二沟道区；以及位于该第二沟道区上的第二栅极，以及其中，该方法还包括形成至位于该第一漏极区与该第二源极区之间的接合处的输出节点的接触、至位于该第一源极区与该第二漏极区之间的接合处的接地节点的接触、至位于该第一栅极与该第二栅极之间的接合处的输入节点的接触、至位于该第一本体处的第一编程节点的接触、以及至位于该第二本体处的第二编程节点的接触。11.如权利要求9所述的方法，其中，该阈值电压可编程场效应晶体管包括铁电场效应晶体管、电荷捕获场效应晶体管以及浮栅场效应晶体管的其中任意一种。12.如权利要求9所述的方法，其中，该N型场效应晶体管及该P型场效应晶体管的该形成包括在该N型场效应晶体管的第一沟道区上方及该P型场效应晶体管的第二沟道区上方形成单个栅极结构，以使该栅极包括该单个栅极结构的不同部分。13.一种方法，包括：提供装置，该装置包括：N型场效应晶体管及P型场效应晶体管，其中，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管包括阈值电压可编程场效应晶体管，该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管并联电性连接，并且该N型场效应晶体管与该P型场效应晶体管具有电性连接的栅...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：格罗方德半导体德累斯顿第一模数有限责任及两合公司，
类型：发明
国别省市：