[發明專利]SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201410749132.4
• 申請日: 2014-12-08
• 公開（公告）號: CN104409490B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 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.SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，其特征在于：采用包含單晶硅襯底（1）和晶圓絕緣層（2）的SOI晶圓作為生成器件的襯底；發射區（3）、基區（4）和集電區（5）位于晶圓絕緣層（2）的上方，基區（4）位于發射區（3）和集電區（5）之間；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；由導電層（6）、隧穿絕緣層（7）和柵電極（8）依次在基區（4）的兩側的中間部分形成夾層結構；阻擋絕緣層（11）為絕緣介質；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。

2.根據權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，其特征在于：導電層（6）形成于基區（4）的兩側，并在兩側均形成歐姆接觸，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。

3.根據權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，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）與基區（4）相接觸一側的另一側。

4.根據權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，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）的兩個獨立部分與導電層（6）相接觸一側的另一側相接觸。

5.根據權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，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SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管的隧穿基極，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。

6.根據權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管，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。

7.一種如權利要求1所述的SOI襯底雙柵絕緣隧穿基極雙極晶體管的制造方法，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，初步形成基區（4）；

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隊列；

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、進一步通過光刻、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；

步驟六、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）和集電區（5），進一步形成阻擋絕緣層（11）；

步驟七、通過刻蝕工藝，對晶圓表面基區兩側中間部分的阻擋絕緣層（11）進行刻蝕至露出晶圓絕緣層（2）；

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）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）進行刻蝕至露出晶圓絕緣層（2）；

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）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）進行刻蝕至露出晶圓絕緣層（2）；

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）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）。