[發明專利]倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201711050857.4
• 申請日: 2017-10-31
• 公開（公告）號: CN107731914B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 劉溪;鄒運;靳曉詩
• 申請（專利權）人: 沈陽工業大學
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/423;H01L21/331
• 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.倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管，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）、倒U柵（2）的部分區域、柵電極絕緣層（7）的部分區域和雙側柵8；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；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、內側表面以及U形凹槽底部水平部分的上表面和前后兩側的外側表面相互接觸；

倒U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，倒U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；

雙側柵（8）由金屬材料或多晶硅材料構成，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的外側，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相互接觸的柵電極絕緣層（7）相互接觸，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） 所形成的凹槽兩側垂直部分有控制作用；

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）、雙側柵（8）和倒U柵（2）彼此通過絕緣介質阻擋層（13）相互絕緣隔離；倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管，以倒U柵（2）為中心，左右兩側呈對稱結構。

2.倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管的制備方法，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SOI晶圓的襯底絕緣層（11），SOI晶圓的襯底絕緣層（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，使單晶硅薄膜（1）俯視呈英文大寫字母H形；

步驟二：通過氧化、淀積工藝，使步驟一中單晶硅薄膜（1）被刻蝕掉的區域被絕緣介質填充，初步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟三：通過光刻、刻蝕工藝將位于步驟二所形成的中間部分前后外側部分區域絕緣介質之間的單晶硅薄膜區域進行部分刻蝕，初步使單晶硅薄膜(1)形成U形凹槽結構；

步驟四：通過淀積工藝將步驟三中被刻蝕掉的單晶硅薄膜區域用絕緣介質填充，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）；

步驟五：通過刻蝕工藝，將步驟四所形成的柵電極絕緣層（7）的前后外側中間部分進行刻蝕至露出SOI晶圓的襯底絕緣層（11），進一步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟六：通過淀積工藝，在晶圓表面淀積金屬或多晶硅，對步驟五所刻蝕掉的絕緣介質部分進行填充，再通過平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，初步形成倒U柵（2）；

步驟七：將步驟六所初步生成的倒U柵（2）上下部分所夾的中間部分的絕緣介質進行部分刻蝕，并再次通過淀積工藝，在晶圓表面淀積金屬或多晶硅，對部分刻蝕掉的絕緣介質所形成的區域進行填充，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，進一步形成倒U柵（2）；

步驟八：對步驟七所進一步形成倒U柵（2）的上表面進行刻蝕，再通過淀積工藝淀積絕緣介質，使被刻蝕掉的部分被絕緣介質填充，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1）的上表面，初步形成絕緣介質阻擋層（13）；

步驟九：通過刻蝕工藝，刻蝕掉單晶硅薄膜（1）左右兩側部分至露出SOI晶圓的襯底絕緣層（11），進一步形成單晶硅薄膜（1）的U形凹槽結構；

步驟十：通過氧化或淀積、刻蝕工藝在單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構的兩側進一步形成柵電極絕緣層（7）；

步驟十一：通過淀積工藝，在晶圓上表面淀積金屬或多晶硅，平坦化表面露出單晶硅薄膜（1）的上表面，形成雙側柵（8）；

步驟十二：通過擴散或離子注入摻雜工藝對單晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽結構兩側垂直部分上表面的內側部分進行摻雜，在兩側分別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）；

步驟十三：通過淀積工藝，在晶圓上方淀積絕緣介質，平坦化表面后再通過光刻、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）上方的絕緣介質阻擋層（13）至露出重摻雜源漏可互換區a（5）和重摻雜源漏可互換區b（6）的上表面，形成通孔，再通過淀積金屬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），再通過平坦化處理進一步形成絕緣介質阻擋層（13）。