[发明专利]包含互补场效应晶体管的集成电路

说明书

本发明是阐述包含有一个半导体块的集成电路。在这个半导体块上有一个主表面。二个以上的电路元件安装在它上面。在这个半导体块上，在主表面附近，有用第一种导电型材料做的第一衬底区和用第二种导电型材料做的第二衬底区。在第一衬底区上至少包含有用第二种导电型材料做的第一个场效应晶体管的一个源极区和一个漏极区。第一沟道区在这些源区和漏区之间延伸并且由一绝缘层将主表面复盖。由半导体材料构成的第一个栅电极就安放在这个绝缘层上。而第二衬底区也至少包含有用第一种导电型材料做的第二个场效应晶体管的一个源极区和一个漏极区。第二沟道区在这些源区和漏区之间延伸，并且由一绝缘层将主表面复盖，由半导体材料做的第二个栅电极安放在这个绝缘层上。第一个栅电极的半导体材料和第二个栅电极的半导体材料是两种相反的导电型材料。

这样一种集成电路已于1972年6月27日在美国专利说明书3，673，471上发表了。在这个著名的集成电路里，其第一个和第二个栅电极的导电类型是分别和第一个场效应晶体管的源区和漏区、第二个场效应晶体管的源区和漏区的导电类型相同的。从美国专利说明书3，673，471上还可进一步知道一个有非晶体半导体材料做成的绝缘栅场效应晶体管的阈值电压和材料的导电类型有关，以及和非晶体半导体材料的掺杂浓度有关。

根据上述美国专利说明书3，673，471所提的建议是从硅栅工艺的早年开始的。在那时，对栅电极的掺杂通常是和形成源区和漏区同时进行的。近年来，特别是引入离子注入工艺之后，上述掺杂栅电极的方法已完全被摒弃，代之以在淀积期间和/或在淀积之后立即对非晶的或多晶硅半导体层用高掺杂浓度作N型掺杂。在制造CMOS电路时，对二种类型的场效应晶体管现在通常都采用N型半导体层，这些场效应晶体管的阈值电压是用在沟道区精确地注入适当的掺杂物来将它们调整到所希望的值。在这种改良的结构中，硅栅工艺至今仍是制造包含有绝缘栅场效应晶体管的集成电路的方法中最基本的部分。

应该注意到在包含有互补绝缘栅场效应晶体管的集成电路中，由于各种电路技术的原因，其N沟和P沟晶体管阈值电压的绝缘值通常选择得基本相同。这些阈值电压尤其和在有关衬底区掺杂的浓度有关，和构成有关栅极介质的绝缘层的质量、成分和厚度有关，和制成有关栅电极的材料与衬底区半导体的材料间的功函数的差别有关，以及和在沟道区用上述离子注入的掺杂浓度有关。实际上所述离子注入加工有很大的优点，它使得我们有可能依据其他的依赖关系在一个很宽的范围内对其余的每一个参数或多或少作最佳值的选择，例如，互导的影响，（寄生）电容值的影响和在栅电极和/或工艺可能性中串联电阻的影响。因此，有可能使离子注入的掺杂浓度适合于某种意义上作的选择，使得这些晶体管的阈值电压获得所希望的值，在绝对值上，这些晶体管的阈值电压彼此基本上是相等的。

同时，用在集成电路中的场效应晶体管的尺寸随着时间的流逝已变得越来越小。并且在场效应晶体管只有很小的尺寸时已经发现存在有一种特殊的效应。因此，在沟道长度，例如小于3μm的场效应晶体管中，其阈值电压还和沟道长度有关。术语：“沟道长度”通常可理解成源区和漏区之间沟道区的距离。在硅栅工艺中，沟道长度可以直接从栅电极的半导体跨距的宽度中得出。

当所用到的场效应晶体管的结构尺寸进一步减小时，所谓短沟道效应就应该考虑进去。因此，与沟道长度的进一步减小相应的阈值电压的不希望的减小就能籍助于改变离子注入的掺杂剂量来调节阈值电压，从而将这种减小完全或部份地抵消掉。

短沟道效应引起的特有缺点是晶体管的阈值电压变得对制造过程的小变化很敏感，并且特别是对构成栅电极的半导体跨距的宽度的小变化很敏感。

本发明以提供一对包含有互补绝缘栅场效应晶体管的很好的集成电路为目的，这种集成电路所包含的晶体管有相当短的沟道，并且在制造中具有相当高的产量。本发明还以在这种集成电路中，采用改进了的晶体管结构，使得阈值电压对短沟道效应的灵敏度得以减小为目的。由于这个原因，在制造过程中，可以使得阈值电压的分散性较小。

本发明尤其是建立在对这样一个事实的认识的基础上的，即在晶体管的沟道区提供了某一种合适的掺杂物，就可能得到所要求的改进。