[發(fā)明專利]一種雙柵電極的半導體器件其制造方法及應用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410767494.6
• 申請日: 2014-12-12
• 公開（公告）號: CN104465776B
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設計）人: 陳海峰
• 申請（專利權(quán)）人: 西安郵電大學
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發(fā)明涉及一種半導體器件，具體地說，涉及一種雙柵電極的半導體器件其制造方法及應用。

背景技術

集成電路的發(fā)展，對低功耗器件的要求越來越高。傳統(tǒng)半導體器件的工作原理基本上以擴散和漂移為主要的載流子傳輸機制，因此器件的工作電流較大，這也導致了較大的功耗。隨著半導體器件的尺寸的越來越小，各種泄漏電流變得越來越大，因此目前在半導體器件低功耗方面的器件研究領域主要集中在降低器件的動態(tài)以及靜態(tài)泄漏電流方面。

隨著需要具有超低功耗的半導體器件的生物芯片以及具有特殊應用的芯片的未來的發(fā)展，目前的傳統(tǒng)低功耗器件受制于載流子輸運機制的限制，因此并不適合在這些領域的應用。超低功耗的器件的主要的實現(xiàn)途徑之一即為使得半導體器件具有極低的工作電流。因此，如何使得半導體器件具有極低工作電流問題已經(jīng)成為了本領域普通技術人員努力的方向。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術中存在的缺陷，本發(fā)明提供一種雙柵電極的半導體器件其制造方法及應用，柵電壓使得溝道為耗盡狀態(tài)，同時漏端電極上施加反向漏PN結(jié)電壓，這時陷阱層中的陷阱起到產(chǎn)生中心的作用會產(chǎn)生出載流子。根據(jù)漏區(qū)的導電類型，載流子中電子或者空穴流向漏端形成極小的漏極輸出電流，該電流可最低至pA級別。給本器件各個端口電極電壓進行合適設置，即可實現(xiàn)控制該極小輸出工作電流的目的。

本器件具有兩種導電類型結(jié)構(gòu)：P型硅襯底時漏端輸出電流為電子電流，稱為電子導電型；N型硅襯底時漏端輸出電流為空穴導電電流，這種類型稱為空穴導電型。核心區(qū)域的陷阱層為對半導體襯底表面進行處理形成的一層陷阱密度很大的區(qū)域。改變陷阱層中寬度以及陷阱密度可以調(diào)節(jié)輸出電流的大小。襯底材料也可為鍺或其他的半導體材料。

其技術方案如下：

一種雙柵電極的半導體器件，硅襯底區(qū)1上右側(cè)底設有漏摻雜區(qū)3，溝道上襯底進行表面處理而形成一層陷阱層4，陷阱層4上設有一柵介質(zhì)絕緣層5，柵介質(zhì)絕緣層5上有第一柵電極端金屬層6和第二柵電極端金屬層7，第一柵電極端金屬層6和第二柵電極端金屬層7之間設有電極隔離絕緣區(qū)10，其中第一柵電極端金屬層6長度占據(jù)溝道長度80％以上，第二柵電極端金屬層7長度非常小。漏摻雜區(qū)3上設有漏端電極金屬層8，漏摻雜區(qū)3分別使用隔離氧化區(qū)2與旁邊區(qū)域隔離，在漏摻雜區(qū)3的隔離氧化層另一側(cè)設有襯底電極處，其上為襯底電極金屬層9。

優(yōu)選地，所述襯底區(qū)1為P型硅襯底。

優(yōu)選地，所述襯底區(qū)1為N型硅襯底。

一種基于陷阱產(chǎn)生機制的雙柵電極的半導體器件的制造方法，包括以下步驟：

第一步：選取較低摻雜的P型或N型硅襯底區(qū)1，在襯底表面生長一層氧化層，通過光刻確定漏區(qū)以及場氧隔離區(qū)位置，刻蝕掉這些區(qū)域上面的氧化層，通過離子注入法或擴散法形成場隔離氧化區(qū)2和襯底對應的N型或P型漏摻雜區(qū)3；

第二步：去除氧化層，重新在整個襯底表面生長一層氧化層；光刻，刻蝕掉溝道上面的氧化層；通過金或者其他硅中深能級雜質(zhì)對溝道表面進行離子轟擊表面處理，形成一層很薄的陷阱層4；控制表面處理時的金或者其他深能級雜質(zhì)的濃度，可有效的改變陷阱層的特性；

第三步：去除氧化層，重新在整個襯底表面生長一層氧化層；通過光刻及刻蝕掉柵氧化層以外的氧化層，形成柵介質(zhì)絕緣層5；

第四步：通過金屬淀積工藝，分別形成第一柵電極端金屬層6、第二柵電極端金屬層7、漏端電極金屬層8和襯底電極金屬層9；并在第一柵電極端金屬層6和第二柵電極端金屬層7之間通過氧化工藝生長一個電極隔離絕緣區(qū)10。

一種基于陷阱產(chǎn)生機制的雙柵電極的半導體器件的應用方法，包括以下步驟：

柵電極A的作用為控制主要的陷阱層部分產(chǎn)生載流子，柵電極B的作用為控制柵電極A產(chǎn)生的載流子流向漏極的導電通道；具體為：

漏電壓施加一恒定正電壓V_D，目的是為了使得漏PN結(jié)反偏；當柵電極A的電壓V_GA其電壓值處于平帶電壓和閾值電壓之間，則柵電極A下對應的溝道區(qū)L_A區(qū)處于耗盡狀態(tài)；且V_GA小于V_D。