[发明专利]基于沟槽的电荷泵装置

说明书

本发明涉及基于沟槽的电荷泵装置，其提供一种半导体装置，包括全耗尽绝缘体上硅(FDSOI)衬底及电荷泵装置，其中，该FDSOI衬底包括半导体块体衬底，且该电荷泵装置包括形成于该FDSOI衬底中及上的晶体管装置，以及形成于该半导体块体衬底中并与该晶体管装置电性连接的沟槽电容器。本发明还提供一种半导体装置，包括：半导体块体衬底，包括第一源/漏区的第一晶体管装置，包括第二源/漏区的第二晶体管装置，包括第一内电容器电极及第一外电容器电极的第一沟槽电容器，以及包括第二内电容器电极及第二外电容器电极的第二沟槽电容器，其中，该第一内电容器电极与该第一源/漏区连接，且该第二内电容器电极与该第二源/漏区连接。

技术领域

本发明大致涉及集成电路及半导体装置领域，尤其涉及电荷泵装置的形成，尤其是用以对FDSOI(全耗尽绝缘体上硅)晶体管装置反偏压(back-biasing)的电荷泵装置的形成。

背景技术

制造例如CPU(中央处理单元)、储存装置、ASIC(专用集成电路；applicationspecific integrated circuit)等先进集成电路需要依据特定的电路布局在给定的芯片面积上形成大量电路元件。在多种电子电路中，场效应晶体管代表一种重要类型的电路元件，其基本确定该集成电路的性能。一般来说，目前实施多种制程技术来形成场效应晶体管(field effect transistor；FET)，其中，对于许多类型的复杂电路，金属氧化物半导体(metal-oxide-semiconductor；MOS)技术因在操作速度和/或功耗和/或成本效率方面的优越特性而成为目前最有前景的方法之一。在使用例如CMOS技术制造复杂集成电路期间，在包括结晶半导体层的衬底上形成数百万个N沟道晶体管和P沟道晶体管。

目前，作为块体装置的替代，FET也构建于绝缘体上硅(silicon-on-insulator；SOI)衬底上，尤其全耗尽绝缘体上硅(fully depleted silicon-on-insulator；FDSOI)衬底上。该FET的沟道形成于通常包括或由硅材料制成的薄半导体层中，其中，该半导体层形成于绝缘层、掩埋氧化物(buried oxide；BOX)层上，该绝缘层、掩埋氧化物层形成于半导体块体衬底上。由半导体装置激进的尺寸缩小引起的一个严重问题必定是漏电流的发生。由于漏电流依赖于FET的阈值电压，因此衬底偏压(反偏压(back biasing))可降低泄漏功率。通过这种先进的技术，对衬底或适当的阱进行偏压以提升晶体管阈值，从而降低漏电流。在P沟道MOS(PMOS)装置中，晶体管的基体(body)被偏压为高于正供应电压V_DD的电压。在N沟道MOS(NMOS)装置中，晶体管的基体被偏压为低于负供应电压V_SS的电压。与标准单元的网格类似，连接单元(tap cell)的网格通常被用于集成电路设计中，以提供晶体管的基体偏压。该连接单元必须在提供偏压电压的网络与驻留于SOI(尤其FDSOI)衬底的BOX层下方的P⁺/N⁺区之间建立电性连接。各标准单元行必须具有至少一个(基体-或阱-)连接单元。不过，设计人员通常习惯以规则间隔每一特定距离在标准单元行中布置一个连接单元。

为偏压NMOS及PMOS晶体管装置的背栅极(back gate)，需要通过电荷泵来产生电压，该电荷泵是输出V_SS及V_OUT的定制块(custom block)。图1显示在无需任何电感器或二极管的情况下提供DC-DC转换的原型电路元件。这里所述的电荷泵专用于产生低达-V_DD的电压(其中V_DD是外部供应电压)，因而对于实现从-V_DD至V_DD的背栅极范围是必须的。从本实施例可容易地导出延伸该范围超过这些设置的其它电荷泵。