[發明專利]源漏阻變式矩形柵控U形溝道雙向晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711050854.0
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107785436B
• 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;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

1.一種源漏阻變式矩形柵控U形溝道雙向晶體管，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）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；重摻雜區（2）位于單晶硅薄膜（1）底部的中間部分，其摻雜的雜質導電類型決定器件的導通類型，其內部不受柵電極（8）場效應影響控制，為雜質濃度不低于10¹⁷cm^-3的半導體材料；絕緣介質阻擋層（13）的部分區域對單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的下方部分的外側表面形成四面圍繞，絕緣介質阻擋層（13）與SOI晶圓的襯底絕緣層（11）上表面接觸的部分區域的上表面與柵電極（8）和柵電極絕緣層（7）相互接觸；柵電極絕緣層（7）為絕緣體材料，位于單晶硅薄膜（1）的外側表面的上方部分，且柵電極絕緣層（7）的內側表面與單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的兩側垂直部分的前后和左右兩側的外側表面的上方部分相互接觸，柵電極絕緣層（7）的內側表面和夾在單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構內部的絕緣介質阻擋層（13）的前后外側表面相互接觸，對單晶硅薄膜（1）的外側表面上方部分形成四面圍繞；柵電極（8）由金屬材料或多晶硅材料構成，與柵電極絕緣層（7）的外側表面相互接觸，并對柵電極絕緣層（7）形成四面圍繞，俯視觀看呈現矩形結構特征，柵電極（8）對單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的兩側垂直部分的上方部分，即對源漏可互換本征區a（3）和源漏可互換本征區b（4）具有明顯的場效應控制作用；柵電極絕緣層（7）在柵電極（8）和單晶硅薄膜（1）之間形成絕緣阻擋；柵電極（8）僅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）的其它區域和位于單晶硅薄膜（1）底部中間部分的重摻雜區（2）無明顯控制作用；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形凹槽結構的兩側垂直部分的上方內側部分；金屬源漏可互換區a（5）的外側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）的外側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；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）共同組成了一個凹槽結構；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）和源漏可互換電極b（10）的外側左右分別與絕緣介質阻擋層（13）的部分區域相接觸；重摻雜區（2）和位于重摻雜區（2）上方的部分絕緣介質阻擋層（13）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所述源漏阻變式矩形柵控U形溝道雙向晶體管的制造方法，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）和部分重摻雜區（2），在SOI晶圓上進一步形成單晶硅薄膜（1）和重摻雜區（2）；

步驟三：在刻蝕后的重摻雜區（2）的上方淀積絕緣介質并平坦化表面，初步形成部分絕緣介質阻擋層（13）；

步驟四：通過光刻、刻蝕工藝將襯底絕緣層（11）上方的單晶硅薄膜（1）的四周部分刻蝕至露出襯底絕緣層（11）；

步驟五：在上一步露出的襯底絕緣層（11）上方淀積絕緣介質并進行部分刻蝕，進一步形成絕緣介質阻擋層（13）；

步驟六：在上一步形成的部分絕緣介質阻擋層（13）上緊貼單晶硅薄膜（1）與重摻雜區（2）上方的部分絕緣介質阻擋層（13）的外側表面的上方部分，通過氧化或淀積工藝后，再通過刻蝕工藝形成柵電極絕緣層（7）；

步驟七：在步驟五形成的部分絕緣介質阻擋層（13）上淀積金屬或多晶硅，并通過表面平坦化工藝露出柵電極絕緣層（7）的上表面、單晶硅薄膜（1）的上表面、金屬源漏可互換區a（5）的上表面和金屬源漏可互換區b（6）的上表面，形成柵電極（8）；

步驟八：通過刻蝕工藝，對步驟三所形成的部分絕緣介質阻擋層（13）左右兩側上方內側的單晶硅薄膜（1）進行刻蝕，并通過淀積工藝淀積金屬，形成金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區b（6）；

步驟九：在柵電極（8）的上表面、柵電極絕緣層（7）的上表面、單晶硅薄膜（1）的上表面、金屬源漏可互換區a（5）的上表面和金屬源漏可互換區b（6）的上表面淀積絕緣介質，平坦化表面后形成部分絕緣介質阻擋層（13），再在金屬源漏可互換區a（5）和金屬源漏可互換區b（6）的上方刻蝕絕緣介質阻擋層（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）的上表面后，向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）。