[發明專利]一種源漏阻變式H形柵控雙向開關晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711050839.6
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107819027B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 靳曉詩;高云翔;劉溪
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01L29/08
• 分類號: H01L29/08;H01L29/423;H01L29/78;H01L21/336;H01L21/28
• 代理公司: 沈陽智龍專利事務所(普通合伙) 21115
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種源漏阻變式H形柵控雙向開關晶體管，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）、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；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；金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區b（6）由金屬材料構成，分別位于單晶硅薄膜（1）所形成的U形結構的兩側垂直部分的上方中間部分；金屬源漏可互換區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，接觸面形成肖特基勢壘；金屬源漏可互換區a（5）的底部與單晶硅薄膜（1）相互接觸，接觸面形成肖特基勢壘；金屬源漏可互換區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，接觸面形成肖特基勢壘；金屬源漏可互換區b（6）的底部與單晶硅薄膜（1）相互接觸，接觸面形成肖特基勢壘；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）、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）、金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區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表面區域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，位于金屬源漏可互換區a（5）的上方；源漏可互換電極b（10）也由金屬材料構成，位于金屬源漏可互換區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；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所述源漏阻變式H形柵控雙向開關晶體管的制造方法，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）和重摻雜區（2），在SOI晶圓上形成單晶硅薄膜（1）和重摻雜區（2）；

步驟三：在底部的單晶硅薄膜（1）和重摻雜區（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：通過刻蝕工藝，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刻蝕，再通過淀積工藝，在SOI晶圓上表面淀積金屬，使金屬與單晶硅薄膜接觸部分形成肖特基勢壘，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，形成金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區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金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區b（6）上方的絕緣介質阻擋層（13）至露出金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區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）。