[發明專利]高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201410747248.4
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104409489A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 劉溪;靳曉詩
• 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.高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：采用只包含單晶硅襯底(1)的體硅晶圓作為生成器件襯底，或采用同時包含單晶硅襯底(1)和晶圓絕緣層(2)的SOI晶圓作為生成器件的襯底；基區(4)位于體硅晶圓的單晶硅襯底(1)或SOI晶圓的晶圓絕緣層(2)的上方，并具有凹槽；發射區(3)和集電區(5)分別位于基區(4)凹槽上端的兩側；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)位于基區(4)所形成的凹槽內壁底部；隧穿絕緣層(7)位于導電層(6)的上方；柵電極(8)位于絕緣隧穿層(7)的上方，柵電極(8)的寬度小于絕緣隧穿層(7)的寬度；阻擋絕緣層(11)位于高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管單元之間和單個高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管的上方。?

2.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：柵電極(8)與基區(4)、發射區(3)和發射極(9)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離；柵電極(8)與基區(4)、集電區(5)和集電極(10)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離；相鄰的基區(4)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離；相鄰的發射區(3)與集電區(5)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離；相鄰的發射極(9)與集電極(10)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離；柵電極(8)兩側通過阻擋絕緣層(11)與基區(4)隔離。?

3.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：由發射區(3)、基區(4)和集電區(5)組成凹槽形結構。?

4.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，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。?

5.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征?在于：隧穿絕緣層(7)為用于產生柵電極隧穿電流的絕緣材料層，其上表面中間部分與柵電極(8)相互接觸，下表面與導電層(6)相互接觸。?

6.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：隧穿絕緣層(7)的上表面要低于基區(4)凹槽兩側上表面的高度。?

7.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：導電層(6)的下表面與基區(4)形成歐姆接觸，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。?

8.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，其特征在于：導電層(6)實質為高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管的浮動基極，當隧穿絕緣層(7)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。?

9.根據權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管，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(3)與集電極(10)之間形成歐姆接觸。?

10.一種如權利要求1所述的高集成凹槽絕緣柵隧穿雙極增強晶體管的制造方法，其特征在于：該工藝步驟如下：?

步驟一、提供一個SOI晶圓，SOI晶圓的下方為SOI晶圓的單晶硅襯底(1)，SOI晶圓的中間為晶圓絕緣層(2)，通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，形成雜質層；?

步驟二、再次通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，在晶圓上表面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；?

步驟三、通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島陣列區域；?

步驟四、在晶圓上方淀積絕緣介質后平坦化表面至露出單晶硅薄膜，初步形成阻擋絕緣層(11)；?

步驟五、通過刻蝕工藝，在基區單晶硅薄膜上刻蝕出凹槽狀區域，其中凹槽的頂部兩側的重摻雜區分別為發射區(3)和集電區(5)，剩余部分為基區(4)；?

步驟六、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，使步驟五中由發射區(3)、集電區(5)和基區(4)所形成的凹槽內部完全被填充，再將表面平坦化至露出發射區(3)和集電區(5)，初步形成導電層(6)；?

步驟七、通過刻蝕工藝，對步驟六中所淀積的位于凹槽內的導電層(6)的上半部分進行刻蝕，進一步形成導電層(6)；?

步驟八、在晶圓上方淀積隧穿絕緣層介質，使步驟七中被刻蝕掉的導電層(6)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)和集電區(5)，初步形成隧穿絕緣層(7)；?

步驟九、通過刻蝕工藝，對步驟八中所淀積的隧穿絕緣層的上半部分進行刻蝕，進一步形成隧穿絕緣層(7)；?

步驟十、在晶圓上方淀積絕緣介質，使步驟九中被刻蝕掉的隧穿絕緣層(7)被絕緣介質完全填充，再將表面平坦化至露出發射區(3)和集電區(5)，進一步形成阻擋絕緣層(11)；?

步驟十一、通過刻蝕工藝，對步驟十中凹槽內所形成的阻擋絕緣層(11)的中間部分進行刻蝕至露出隧穿絕緣層(7)；?

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，再將表面平坦化至露出發射區(3)和集電區(5)，以此形成柵電極(8)；?

步驟十三、在晶圓上方淀積絕緣介質；?

步驟十四、在位于發射區(3)和集電區(5)的上方的阻擋絕緣層(11)內部刻蝕出用于形成發射極(9)和集電極(10)的通孔，并在晶圓上表面淀積金屬層，使通孔被金屬填充，再對金屬層進行刻蝕，形成發射極(9)和集電極(10)。?