200929628 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種半導體裝置。 【先前技術】 隨著半導體裝置之高集程度的發展，人們可以縮小金屬氧化 物半導體電晶體之閘極/源極/丨及極的尺寸，進而可使通道長度 〇 也隨之縮小。而當通道長度縮小時，會產生短通道效應(SCE，short channel effects)與反向短通道效應(rsce，reverse short channel effects)，進而難以對此電晶體之臨界電壓進行控制。 同時，由於高集程度半導體裝置之整個範圍内的驅動電壓相 對較高，所以汲極之電位梯度狀態可使從源極植入之電子受到劇 烈地加速，進而在汲極附近產生熱載子。因此，人們在習知技術 中引入了輕攙雜沒極(LDD，lightly doped drain)，藉以改善此半導 ® 體裝置的結構易損性。 「第1圖」為習知技術中具有輕攙雜汲極結構之半導體裝置 的剖面圖。 如「第1圖」所示，可透過裝置隔離層11對基板10之主動 區進行定義，並且可對多晶石夕材料之間極13與間極絕緣膜12進 行型樣加工。 而後，可向此間極13兩側之主動區中植入離子，藉以形成輕 200929628 攙雜沒極區14。進而，可於此閘極13之兩側形成氧切(Si02) 材料之侧壁間隔件18。 此處’側壁間隔件18可與氮化邦iN)之舰件15 -同形 成，其中，此侧壁間隔件18係用於減小間隔件15與閘極13間之 層間應力並提南附著力。 ❹ ❹ 取後’可向此間隔件15兩側之主動區中植入離子，藉以形成 源極區16與沒極區17。 當形成間隔件15及侧壁間隔件18時，需要執行沈積製程、 姓刻製滅^理餘’糾致使製程複雜化並增大了 製造成本。 同時，由於形成間隔件15之沈積製程需在高溫中用很長的時 間執行，所以會使植入此輕攙雜汲極區14之離子發 而可降低裝置之特性。 退 換言之，當形成輕攙細亟區14時，形成間隔件Μ時所進 ^熱處理可使所植人的離子，如：顺氣細向通道區之邊界 因此，可使輕攙雜沒極區14擴展至間極13之邊厂 $船。若此輕_獅14之第_部分 二’則可增大閉極-汲極_容並增大產： 200929628 同時，由於料難置包含有多個植人層如 極區及輕攙酿極區，進而對最大化地減小半導體裝置二= ^限制。此外，在—些製程中還存在著問題，進而對操作可主 度的提高構成了限制。 、乍了罪 【發明内容】 ❹ ❹ 本發明實施_-解導赚置，錢 不使用植入層，進而簡化了製程並可達到較高的集程度置中 本發明實_之半導财置可透聽電魏執行裝置操作。 本發明實施例之半導體裳置，係包含：源極々極導體 =板上由金屬材料形成的導線；第一閉極導體，係為由金屬材 第=第:導線;以及第二閉極導體，係為由金屬材料形成的 ^二導線，其中此第-閘極導體係位於源極力及極導體之一端的 =極/沒極導體之第—部分的附近，而第二·導體係與此第 極導體相互分開，並且此第二閘極導體係位於源極/沒極導 體之另-端的此源極/錄導體U卩分的附近。 【實施方式】 下面 述 ，將結合關對本發财_之半導體裝置進行詳細描 第2a圓」與「第2b圖」用於說明本發明實施例之半導體 裝置之工作原理的熱電裝置之結構示意圖。 200929628 本發明實施例之半導體裝置可遵循熱電效應之原理進行作 業而熱電效應係包含.塞貝克效應(Seeback Effect)與拍爾帖效應 :(Peltler Effect)。因此，本發明實施例之半導體裝置可透過能量直 接轉化方式利用熱學現象與電學現象間的相互轉化。 在塞貝克效應中，當金屬棒兩端產生溫差時金屬内部會產生 電場。這是因為，溫度較高的一端上電子之平均速度大於溫度較 ❹低的電子之平均速度，因此從溫度較高的-軸溫度較低 的-端移子通報A。所以，可對溫度較低的—端上所積 累之電子進行加速，藉以產生電場，進而在溫度較低的一端上產 生較低的電勢。 而珀爾帖效應係為與塞貝克效應相反的物理現象，在珀爾帖 效應中透過對金屬棒之不同區域施力口不同的電流，而產生溫差。 「第2a圖」與「第2b圖」示出了本發明實施例之半導體裝 〇置的卫作原理。其中，「第2a圖」所示之裝置，係包含：第一金 屬體20 ;第二金屬體23 ;第一連接體22，係用於使第一金屬體 20之一端連接於第二金屬體23 ;以及第二連接體21，係用於使 第一金屬體20之另一端連接於第二金屬體23。*「第2b圖」所 不之裝置，係包含：第一金屬體3〇;第二金屬體33;第-連接體 ^ ’係用於使第一金屬體30之一端連接於第二金屬體33 ;以及 第二連接體3卜係用於使第—金屬體3G之另-端連接於第二金 屬體33。 200929628 通㊉，在熱電I置中，第-連接體22、32係為p型導體，第 -連接體21、31係為n型導體。 从 第2a圖」所示，當向第一金屬體20施加電流時，正電 荷載子可透過第—連接體22進行移動，㈣電荷載子可透過第二 連接體21進行義’進而可使電流在第-金屬體20與第二金屬 體23之間進行循環。 ❹ ❹ 透過讀作業’移_電荷可將熱量二 第一金屬體2〇,進而使第二金屬體23冷卻。體3傳導至 、。之可向第_金屬體2G施加電流，進而使此第一 20起到散熱體的作用。 冷卻 此處，根物克效應可將「第2a圖」所示之裝置用於熱電 如第％圖」所示，當向第二全 可將第二金伽33料—個_ 3提供熱量時，此時 ^ 個細’ _第—销_為散熱體。 因此，正電荷载子可透過第一連接體 載子可透過第二_ 31 _動，_二$而負電荷 3〇與第二金屬體33之間進行循環。 吏電w在第-金屬體 透過電流之循環’可在第二金屬體3 向與第二金屬體33相連的電路提供電流。<產生電動勢，進而可 200929628 此處，「第2b圖」所示之裝置採用了熱電發電原理。 因此’本㈣實施例之半導财置可制上述賊冷卻原理 與電熱發電原理。 第3圖」為本發明第—實施例之半導體裝置的透視圖。 如「第3圖」所示，此半導體裝置1〇〇可包含：基板ls〇 ; 絕緣層110 ;第-閘極導體130;第二開極導體12〇;以及源極/ © 汲極導體140。 在本發明一實施例中，基板15〇可為單晶石夕基板。進而，可 於此基板15〇上形成絕緣層11〇，而後可於此絕緣層11〇中形成第 -閘極導體130、第n極導體12G及源極/汲極導體14〇。 其中，此源極/汲極導體14〇、第一閘極導體13〇及第二閘 極導體120可為由金屬材料所形成的導線。 ® 依縣發明實蝴’第-間轉體130可位於雜/沒極導 體140之第一部分八的_㈣，且第二閘極導體⑽可位於此源極 /沒極導體14G之第二部分㈣一側。 在本發明一實施例中，第一閘極導體130與第二閘極導體120 可按彎曲導線之形柄形成的η〃型結構。 此處’應用彎曲導線的形式，可最大化地減小半導體裝置1〇〇 之面積。 11 200929628 在本發明某些實施例中，可透過具有不同溢度常數和/或不 同尺寸的材料形成第一閘極導體130與第二閉極導體12〇。例如， 斤^成之導線可具有不同的總長度、不同的厚度或不同的寬度。 /在本發明實施例中，源、極/沒料體14〇可為由金屬材料所 形成的直導線。同時，可平行地排佈第一閘極導體13〇與第二開 極導體120，並以距離C使二者相互分開。同時，平行排佈的第 ❹-閘極導體130及第二閘極導體⑼與源極a雄導體14〇之間 具有預定間隔。因此’可沿相同的水平面排佈源極/汲極導體 140、第一閘極導體130及第二閘極導體12〇。 土其中，第一閘極導體130與第二閘極導體12〇可作為問極， 罪近第-閘極導體m的源極，汲極導體⑽之第—部分a可作 為源極’而靠近第二問極導體120的源極力及極導體=之 部分B可作為汲極。 在本發明-實施例中，可透過同種材料形成第—閑極導體 ⑽、第二閑極導體12〇及源極力及極導體14〇。而在本發明之另 —實施例中，可透過不同的材料形成其中至少—個導體。 依媒本發明一實施例 〜wprrj迥虽的製程在絕緣層 中形成第-閘極導體⑽、第二_導體12G及源極广及 例如，可於基㈣上形成絕緣層職透過執彳 疋義出導舰。而後，可執彳她程及導體填埋製裎= 200929628 成第一閘極導體130、第二閘極導體120及源極/汲極導體14〇。 在進行工作之過程中，可分別向第一閘極導體130及第二閘 極導體120施加電流。此處，可以施加相同的電流或不同的電流。 其中’可透過一個電路向第一閘極導體13〇與第二閘極導體12〇 施加電流。而在本發明之另一實施例中，也可透過不同的電路分 別向第一閘極導體130與第二閘極導體12〇施加電流。 進而，當向此第一閘極導體130與第二閘極導體12〇施加電 机時，可向此第一閘極導體13〇與第二閘極導體12〇提供熱電子 對，進而可根據熱電冷卻原理將第一閘極導體130與第二間極導 體120作為熱源（例如’「第2a圖」所示之第二金屬體23)。 其中，這一過程採用了「第2a圖」描述之原理。換言之，透 過施加電流對此第-閘極導體13〇與第二_導體12()之溫度產 生影響。 同時，還可透過下觸素巾的—種❹種達到不同的熱電效 應：Ο用具有不同溫度常數的材料形成第一閘極導體13〇與第二 閘極導體120，2)使第-閘極導體13〇與第二閘極導體具有 不同的尺寸，3)々別向第-閘極導體13〇與第二閘極導體施 加不同的電流；以及4)透過調節使第二閘極導體m與_/ 没極導體⑽間之間隔與第-閘_體⑽與_力雄導體14〇 間之間隔不同。 200929628 因此’源極/汲極導體140之第一部分A與第二部分b之間 可產生溫差。進而’透過「第2b圖」中所描述的電熱發電原理， 可提供例如：從第一部分A到第二部分3之電流。 此處，為了提供從源極/汲極導體14〇之第一部分A至第二 部分B的電流，須使第_部分A之溫度高於第二部分B之溫度。 在本發明一實施例中，為了使第-部分A之溫度較高，可使第一 ❹閘極導體13〇之尺寸大於第二閘極導體120之尺寸。在本發明之 另—實施例中，可使向第一閘極導體13()施加之電流大於向第二 間極導體12〇所加之電流。而在本發明之又一實施例中，可使第 閘極導體130所用材料之溫度常數係大於第二閘極導體12〇所 用材料之溫度常數。而在本發明之其它實施例中，可結合使用上 述因素。 此處，為了使本發明實施例之半導體裝置進行工作，可透過 ❹向第-閘極導體130與第二閘極導體120施加電流，藉以對源極 及極導體14〇之電流進行控制。 因此，本發明實施例之半導體裝置可透過一個直線型電極形 成源極與汲極。進而，不必如習知技術中所要求的那樣形成獨立 的植入層。 以下，將結合附圖對本發明第二實施例之半導體裝置進行描 述。 200929628 「第4圖」為本發明第二實施例之半導體裝置2〇〇的透視圖^ 如「第4圖」所示，本發明第二實施例之半導體裝置2〇〇， 係包含：源極/汲極導體240;第一閘極導體23〇;第二閘極導體 220，基板250 ;第一絕緣層210 ;以及第二絕緣層26〇。 與本發明第一實施例中所描述的相同，本發明第二實施例之 半導體裝置的工作原理也應用了電熱發電原理及熱電冷卻原理。 ❹因此，下文不再對本發明第二實施例之半導體裝置的工作原理進 行贅述。 雖然，本發明第二實施例之半導體裝置2〇〇與本發明第一實 施例之半導體裝置具有相同肛作原朗及相同的配置。但對於 本發明第二實施例而言，可於第一絕緣層21〇中形成第一問極導 體230，並於第二絕緣層26〇中形成第二間極導體22〇。此外，如 「第4圖」所示，可以正交地排佈此第一閘極導體23〇與第二閘 ❹極導體220。 、 依據本發明實施例，鑑於第一絕緣層210與第二絕緣層26〇 之導熱性，可分別於具有不同導鮮數之絕緣層中形成第—開極 導體23G與第二閘極導體220。 因此，在本發明第二實施例之半導體装置2〇〇中，除了本發 明第—實施例中所述的第二閘極導體12G與第-閘極導體13〇之 工作條件之外’還可透過使用不同的絕緣層及相關條件更為精確 15 200929628 地對源極/沒極導體240之電流進行控制。 在本發明之一指定實施例中，第一絕緣層2U)之厚度dl可為 源極/沒極導體24〇之厚度似與源極^及極導體鳩與第一問極 導體23G間之距離的總合。進而，可將厚度近似為源極/沒極導 體與第一問極導體230間之距離的第-絕緣層210覆蓋於此 源極/沒極導體240上。 、 ❹ 其中，第二絕緣層·之厚度（寬度）d3可大於或等於第二 閘極導體220之厚度（寬度）d4。 同時，此第二絕緣層260可覆蓋於第一絕緣層210之整體表 面上。 在本發明之某些實施例中，可透過導體材料形成第一絕緣層 210與第一絕緣層26〇中之一個或兩個絕緣層。在這種實施例中， ❹最好使此第一絕緣層210與第二絕緣層具有很大的電阻，藉 ^起到絶緣體的作用。例如，可使這些絕緣層之厚度約為烈奈 米。而在某些實施例中，此厚度約為10奈米至2〇奈米。 依據本發明實施例’可製造出—種具有新型概念的半導體裝 置這種半導體裝置在原理與結構上完全不同於習知技術。 @時’由於本發明實施例之半導體裝置不需要植人層，進而 可大巾胃度地減小半導體裝置之尺寸並使半導齡置賴較高的集 程度。 16 200929628 而且，本發明實施例可簡化半導體裝置之製造方法，並可防 止出現因熱處理與植入層結構而使半導體裝置之性能發生劣化。 本說明書中，對於夕一個實施例"、一實施例，，、，，示範性 實例〃等之引述的意義在於：結合此實施例所描述的指定特徵、 結構或特性都包含於本發明之至少一個實施例中。在本說明書不 同部分所出現之上述措辭不一定均涉及同一個實施例。此外，當 〇 結合任意一個實施例對指定特徵、結構或特性進行描述時，經由 本領域之技術人員結合另外一些實施例也可以達到相同之效果。 雖然本發明赠狀較佳實施烟露如上’财麟用以限 定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍 内田可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視 本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。 【圖式簡單說明】 第1圖為f知技射具有輕攙紐極結構之轉體裝置的剖 面圖； β 第2a圖與第％圖為用於對本發明實施例之半導體裝置的工 作原理進行說明的熱電袭置之結構示意圖，· 第3圖為本發明第一實施例之半導體裝置的透視圖；以及 第4圖為本發明第二實施例之半導體裝置的透視圖。 【主要元件符號說明】 17 200929628
10 基板 11 裝置隔離層 12 閘極絕緣膜 13 閘極 14 輕攙雜没極區 15 間隔件 16 源極區 17 >及極區 18 側壁間隔件 20、30 第一金屬體 23、33 第二金屬體 22、32 第一連接體 21 ' 31 第二連接體 100'200 半導體裝置 150、250 基板 110 絕緣層 130、230 第一閘極導體 120、220 第二閘極導體 140、240 源極/波極導體 210 第一絕緣層 260 第二絕緣層 18 200929628
A 第一部分 B 第二部分 C 距離 dl、d2、d3、d4 厚度 19