[發明專利]H形柵控源漏對稱可互換型隧穿晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711048116.2
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107799589B
• 公開（公告）日: 2019-11-22
• 發明（設計）人: 靳曉詩;王藝澄;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;H01L21/331
• 代理公司: 21115 沈陽智龍專利事務所(普通合伙)
• 代理人: 宋鐵軍<國際申請>=<國際公布>=<進入

1.一種H形柵控源漏對稱可互換型隧穿晶體管，包含SOI晶圓的硅襯底（12），其特征在于：SOI晶圓的硅襯底（12）上方為SOI晶圓的襯底絕緣層（11），SOI晶圓的襯底絕緣層（11）的上方為單晶硅薄膜（1）、第一類雜質重摻雜區（2）；單晶硅薄膜（1）具有U形結構特征，為雜質濃度低于10¹⁶cm^-3的單晶硅半導體材料；第一類雜質重摻雜區（2）位于單晶硅薄膜（1）U形結構的底部水平部分的中間區域，其摻雜雜質的導電類型決定器件的導通類型，其內部不受H形柵電極（8）場效應影響控制，為雜質濃度不低于10¹⁷cm^-3的半導體材料；第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）和第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）分別通過對單晶硅薄膜（1）所形成的U形結構的兩側垂直部分的上方部分摻雜形成，雜質峰值濃度不低于10¹⁸cm^-3，其中第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）的前后表面和內側表面與源漏可互換本征區a（3）相互接觸，并被其三面圍繞；第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）的前后表面和內側表面與源漏可互換本征區b（4）相互接觸，并被其三面圍繞；源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）分別位于單晶硅薄膜（1）U形結構的兩側垂直部分的上部區域的前后表面及內表面，為雜質濃度低于10¹⁶cm^-3的單晶硅半導體材料；單晶硅薄膜（1）、第一類雜質重摻雜區（2）、源漏可互換本征區a（3）、源漏可互換本征區b（4）、第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）和第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）共同組成了一個U形結構；柵電極絕緣層（7）位于單晶硅薄膜（1）U形結構底部水平部分的上表面和前后表面以及單晶硅薄膜（1）U形結構兩側垂直部分的內側表面和前后表面；H形柵電極（8）由金屬材料或多晶硅材料構成，對單晶硅薄膜（1）U形結構的兩側垂直部分的上方部分的內側表面和前后表面形成三面包裹，俯視SOI晶圓，H形柵電極（8）沿源漏方向呈英文大寫字母H形狀，H形柵電極（8）與單晶硅薄膜（1）U形結構之間通過柵電極絕緣層（7）彼此絕緣，H形柵電極（8）的位于單晶硅薄膜（1）U形結構凹槽內側部分的下表面與柵電極絕緣層（7）之間具有絕緣介質阻擋層（13）的部分區域，H形柵電極（8）只對單晶硅薄膜（1）U形結構的兩側垂直部分的上部區域的前后表面及內表面，即對源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）有明顯場效應控制作用，而對單晶硅薄膜（1）U形結構的兩側垂直部分的下方區域以及單晶硅薄膜（1）U形結構的底部水平部分區域沒有明顯場效應控制作用；源漏可互換電極a（9）由金屬材料構成，位于第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）的上方；源漏可互換電極b（10）也由金屬材料構成，位于第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）的上方，源漏可互換電極a（9）、源漏可互換電極b（10）和H形柵電極（8）這三個電極之間通過絕緣介質阻擋層（13）彼此絕緣；第一類雜質重摻雜區（2）的左右兩側呈對稱結構，能夠在源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）對稱互換的情況下實現同樣的輸出特性。

2.一種如權利要求1所述H形柵控源漏對稱可互換型隧穿晶體管的制造方法，其特征在于：

其制造步驟如下：

步驟一：提供一個SOI晶圓，最下方為SOI晶圓的硅襯底（12），硅襯底的上面是襯底絕緣層（11），襯底絕緣層（11）的上表面為單晶硅薄膜（1），通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜（1）的中間區域摻雜，初步形成第一類雜質重摻雜區（2）；

步驟二：通過光刻、刻蝕工藝除去部分單晶硅薄膜（1）和第一類雜質重摻雜區（2），在SOI晶圓上形成單晶硅薄膜（1）和第一類雜質重摻雜區（2）；

步驟三：在底部的單晶硅薄膜（1）和第一類雜質重摻雜區（2）的上表面以及單晶硅薄膜（1）左右兩側中間凸起部分的外側表面，通過氧化或淀積、刻蝕工藝，形成柵電極絕緣層（7）；

步驟四：通過淀積工藝，在SOI晶圓上方淀積絕緣介質，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，初步形成部分絕緣介質阻擋層（13）；

步驟五：通過刻蝕工藝，對在步驟四中淀積的絕緣介質阻擋層（13）進行部分刻蝕，進一步形成絕緣介質阻擋層（13）；

步驟六：在SOI晶圓上方淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，形成H形柵電極（8）；

步驟七：通過離子注入工藝，對單晶硅薄膜（1）的左右兩側垂直部分的上表面中間區域進行摻雜，形成第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）和第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）；

步驟八：通過淀積工藝，在SOI晶圓上方淀積絕緣介質，形成其余部分的絕緣介質阻擋層（13）；平坦化表面后通過刻蝕工藝去除第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）和第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）上方的絕緣介質阻擋層（13）至露出第二類雜質重摻雜源漏可互換區a（5）和第二類雜質重摻雜源漏可互換區b（6）的上表面，再通過淀積工藝向刻蝕形成的通孔中注入金屬至通孔被完全填充，最后將表面平坦化處理，形成源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）。