[發明專利]體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201410746320.1
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104409487B
• 公開（公告）日: 2017-09-29
• 發明（設計）人: 靳曉詩;劉溪
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/06;H01L21/331
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)21115
• 代理人: 宋鐵軍,周楠

1.體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：采用包含單晶硅襯底（1）的體硅晶圓作為生成器件的襯底；發射區（3）、基區（4）、集電區（5）和擊穿保護區（2）位于單晶硅襯底（1）的上方；基區（4）位于發射區（3）和集電區（5）之間，擊穿保護區（2）位于基區（4）的兩側；發射極（9）位于發射區（3）的上方；集電極（10）位于集電區（5）的上方；導電層（6）、隧穿絕緣層（7）和柵電極（8）依次在基區（4）的兩側形成夾層結構；阻擋絕緣層（11）與位于發射區（3）、集電區（5）、基區（4）和擊穿保護區（2）下方以外的單晶硅襯底（1）的上表面部分相互接觸；擊穿保護區（2）的雜質濃度低于10¹⁶每立方厘米；基區（4）的雜質濃度不低于10¹⁷每立方厘米；基區（4）兩側與導電層（6）相接觸并形成歐姆接觸。

2.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：發射區（3）與基區（4）之間、集電區（5）與基區（4）之間具有相反雜質類型，且發射區（3）與發射極（9）之間形成歐姆接觸，集電區（5）與集電極（10）之間形成歐姆接觸。

3.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：導電層（6）形成于基區（4）的兩側，導電層（6）是金屬材料或者是同基區（4）具有相同雜質類型的、且摻雜濃度大于10¹⁹每立方厘米的半導體材料。

4.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：隧穿絕緣層（7）為用于產生隧穿電流的絕緣材料層，具有兩個獨立部分，每一部分形成于基區（4）兩側導電層（6）的與基區（4）相接觸一側的另一側。

5.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：柵電極（8）是控制隧穿絕緣層（7）產生隧穿效應的電極，是控制器件開啟和關斷的電極，與隧穿絕緣層（7）的兩個獨立部分的與導電層（6）相接觸一側的另一側相接觸。

6.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：導電層（6）、隧穿絕緣層（7）和柵電極（8）均通過阻擋絕緣層（11）與發射區（3）、發射極（9）、集電區（5）和集電極（10）相互隔離；柵電極（8）通過阻擋絕緣層（11）與單晶硅襯底（1）相互隔離。

7.根據權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于：導電層（6）、隧穿絕緣層（7）和柵電極（8）共同組成了體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極，當隧穿絕緣層（7）在柵電極（8）的控制下發生隧穿時，電流從柵電極（8）經隧穿絕緣層（7）流動到導電層（6），并為基區（4）供電。

8.一種如權利要求1所述的體硅雙向擊穿保護雙柵絕緣隧穿增強晶體管的制造方法，其特征在于：該方法步驟如下：

步驟一、提供一個摻雜濃度不高于10¹⁶每立方厘米的體硅晶圓，通過離子注入或擴散工藝，對體硅晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，初步形成基區（4）；

步驟二、再次通過離子注入或擴散工藝，對體硅晶圓上方進行摻雜，在步驟一所形成的基區（4）的兩側形成與步驟一中的雜質類型相反的、濃度不低于10¹⁹每立方厘米的重摻雜區，該重摻雜區用于進一步形成發射區（3）和集電區（5），該重摻雜區與基區之間留有未經摻雜的區域，該未經摻雜的區域用于形成擊穿保護區（2）；

步驟三、通過光刻、刻蝕工藝在所提供的體硅晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島隊列，使每一個單元內依次排列有發射區（3）、擊穿保護區（2）、基區（4）、擊穿保護區（2）和集電區（5）；

步驟四、在晶圓上方淀積絕緣介質后平坦化表面至露出發射區（3）、基區（4）、集電區（5）和擊穿保護區（2），初步形成阻擋絕緣層（11）；

步驟五、進一步通過光刻、刻蝕工藝在所提供的體硅晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島陣列，使步驟三所形成的每一個單晶硅孤島隊列分割為多個彼此獨立的單元；

步驟六、在晶圓上方淀積絕緣介質，使步驟五中被刻蝕掉的部分充分被填充，并平坦化表面至露出發射區（3）、基區（4）、集電區（5）和擊穿保護區（2），進一步形成阻擋絕緣層（11）；

步驟七、通過刻蝕工藝，對晶圓表面每個單元的基區（4）兩側的阻擋絕緣層（11）進行刻蝕至露出單晶硅襯底（1）；

步驟八、在晶圓上方淀積金屬或具有和基區（4）相同雜質類型的重摻雜的多晶硅，使步驟七中被刻蝕掉的阻擋絕緣層（11）完全被填充，再將表面平坦化至露出發射區（3）、基區（4）、集電區（5）、擊穿保護區（2）和阻擋絕緣層（11），形成導電層（6）；

步驟九、分別在基區兩側的導電層（6）的遠離基區的一側對阻擋絕緣層（11）進行刻蝕；

步驟十、在晶圓上方淀積隧穿絕緣層介質，使步驟九中被刻蝕掉的阻擋絕緣層（11）被隧穿絕緣層介質完全填充，再將表面平坦化至露出發射區（3）、基區（4）、集電區（5）、導電層（6）、擊穿保護區（2）和阻擋絕緣層（11），形成隧穿絕緣層（7）；

步驟十一、分別在基區兩側的隧穿絕緣層（7）的遠離基區的一側對阻擋絕緣層（11）進行刻蝕；

步驟十二、在晶圓上方淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十一中被刻蝕掉的阻擋絕緣層（11）被完全填充；

步驟十三、將表面平坦化至露出發射區（3）、基區（4）、集電區（5）、導電層（6）、隧穿絕緣層（7）、擊穿保護區（2）和阻擋絕緣層（11），初步形成柵電極（8）；

步驟十四、在晶圓上方淀積絕緣介質，進一步形成阻擋絕緣層（11）；

步驟十五、通過刻蝕工藝將位于步驟十三所形成的柵電極（8）上方的阻擋絕緣層（11）刻蝕掉；

步驟十六、在晶圓上方淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十五中被刻蝕掉的阻擋絕緣層（11）被完全填充，將表面平坦化，進一步形成柵電極（8）；

步驟十七、通過刻蝕工藝刻蝕掉用于形成器件單元之間走線部分以外的部分，進一步形成柵電極（8）；

步驟十八、在晶圓上方淀積絕緣介質，將表面平坦化，進一步形成阻擋絕緣層（11）；

步驟十九、通過刻蝕工藝刻蝕掉位于發射區（3）和集電區（5）的上方的阻擋絕緣層（11），形成發射極（9）和集電極（10）的通孔；

步驟二十、在晶圓上方淀積金屬，使步驟十八中所形成的發射極（9）和集電極（10）的通孔被完全填充，并通過刻蝕工藝形成發射極（9）和集電極（10）。