[發明專利]雙側折疊柵控源漏雙隧穿型雙向導通晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711048158.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107808905B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 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: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/06;H01L21/336
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種雙側折疊柵控源漏雙隧穿型雙向導通晶體管，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）、勢壘調節柵（2）、柵電極絕緣層（7）的部分區域和絕緣介質阻擋層（13）的部分區域；其中，單晶硅薄膜（1）為雜質濃度低于10¹⁶cm^-3的單晶硅半導體材料，具有U形凹槽結構特征；重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）通過離子注入或擴散對單晶硅薄膜（1）進行有意摻雜工藝形成，并分別形成于單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構左右兩側垂直部分上端的內側區域，其雜質峰值濃度不低于10¹⁸cm^-3；源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）位于單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構左右兩側垂直部分上端的未被進行有意摻雜工藝的外側區域，分別對重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）形成三面包裹；柵電極絕緣層（7）為絕緣體材料，與單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的左右兩側垂直部分外側表面、內側表面、前后兩側表面以及凹槽底部水平部分的上表面和前后兩側表面相互接觸；勢壘調節柵（2）由金屬材料或多晶硅材料構成，呈英文大寫字母“U”形倒架在柵電極絕緣層（7）位于單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽底部水平部分的上表面和前后兩側的外側表面所形成部分區域的上方，勢壘調節柵（2）通過柵電極絕緣層（7）與單晶硅薄膜（1）彼此絕緣隔離，對單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽底部水平部分有控制作用，雙側折疊柵（8）由金屬材料或多晶硅材料構成，位于柵電極絕緣層（7）的外側上方部分，并對柵電極絕緣層（7）的外側，和前后兩側的上方部分相互接觸并形成三面折疊圍繞，通過柵電極絕緣層（7）與單晶硅薄膜（1）彼此絕緣隔離，對單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽兩側垂直部分的上方區域，即雙側折疊柵（8）對源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）有控制作用，源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）為金屬材料構成，分別位于重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）的上方，并彼此相互接觸；源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）的外側表面分別與絕緣介質阻擋層（13）相互接觸，源漏可互換電極a（9）、源漏可互換電極b（10）、雙側折疊柵（8）和勢壘調節柵（2）彼此通過絕緣介質阻擋層（13）相互絕緣隔離；雙側折疊柵控源漏雙隧穿型雙向導通晶體管左右兩側為對稱結構，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。

2.一種雙側折疊柵控源漏雙隧穿型雙向導通晶體管的制造方法，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（12）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），通過光刻、刻蝕工藝除去SOI晶圓上方的單晶硅薄膜（1）中間部分前后外側部分區域至露出襯底絕緣層（11），此時俯視晶圓，單晶硅薄膜（1）在襯底絕緣層（11）上呈英文大寫字母“H”形；

步驟二：在步驟一所刻蝕的單晶硅薄膜（1）處淀積絕緣介質，并平坦化表面至絕緣介質層的上表面與單晶硅薄膜（1）的上表面在同一水平面上，初步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟三：通過光刻、刻蝕工藝除去部分步驟二中所形成的前后兩側的柵電極絕緣層（7）中間部分的單晶硅薄膜（1）；

步驟四：在步驟三基礎上，在晶圓表面淀積絕緣介質，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，使至絕緣介質的上表面與單晶硅薄膜（1）左右兩側的上表面在同一水平面上，進一步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟五：對步驟四中形成的柵電極絕緣層（7）的前后兩側的中間部分進行部分刻蝕，直至露出襯底絕緣層（11），此時俯視晶圓，柵電極絕緣層（7）呈英文大寫字母“H”形；；

步驟六：在步驟五基礎上，在晶圓表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，使金屬或多晶硅的上表面與單晶硅薄膜（1）左右兩側的上表面在同一水平面上，初步形成勢壘調節柵（2）；

步驟七：通過光刻、刻蝕工藝除去步驟六中所形成的勢壘調節柵（2）之間的柵電極絕緣層（7）至一定厚度后，再通過淀積工藝，在晶圓表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，進一步形成勢壘調節柵（2）；

步驟八：通過光刻、刻蝕工藝除去步驟七中所形成的勢壘調節柵（2）的上半部分，最終形成勢壘調節柵（2），在通過淀積工藝，在晶圓表面淀積絕緣介質，平坦化表面后初步形成部分絕緣介質阻擋層（13）；

步驟九：通過光刻、刻蝕工藝，對單晶硅薄膜（1）的左右兩側外側部分和前后外側部分區域進行部分刻蝕至露出襯底絕緣層（11），進一步形成單晶硅薄膜（1）；

步驟十：通過氧化或淀積工藝，在步驟九基礎上，在裸露在外的單晶硅薄膜（1）表面形成絕緣介質層，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，進一步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟十一：通過光刻、刻蝕工藝，對位于單晶硅薄膜（1）兩側垂直部分的前后側及外側的柵電極絕緣層（7）進行部分刻蝕至露出襯底絕緣層（11），進一步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟十二：在步驟十一基礎上，在晶圓上方淀積絕緣介質平坦化至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，并通過刻蝕工藝刻蝕掉本步驟中所形成的絕緣介質，進一步形成絕緣介質阻擋層（13）；

步驟十三：通過淀積工藝，在晶圓表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，在步驟十二中所形成的部分絕緣介質阻擋層（13）的上方形成雙側折疊柵（8）；

步驟十四：在兩側的單晶硅薄膜（1）上通過擴散或離子注入工藝形成重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6），使重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）分別位于單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的左右兩側垂直部分上方的中間內側部分，并被源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）三面包裹；

步驟十五：在晶圓表面淀積絕緣介質，并通過刻蝕工藝除去重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）上方的絕緣介質，進一步形成絕緣介質阻擋層（13）和源漏通孔，再對晶圓上表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面至露出絕緣介質阻擋層（13），在通孔中形成源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）。