[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

本發明涉及倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管及其制造方法，本發明所述器件具有倒U柵、雙側柵和左右兩側對稱的結構特征，可以通過調節源漏可互換電極的電壓控制重摻雜源漏可互換區作為源區或漏區，改變隧穿電流方向。本發明具有可實現雙向開關功能、低靜態功耗和反向泄漏電流、低亞閾值擺幅的優點。對比于普通MOSFETs型器件，利用隧穿效應實現更優秀的開關特性；對比于普通的隧穿場效應晶體管，本發明具有普通的隧穿場效應晶體管所不具備的源漏對稱可互換的雙向開關特性，因此適合推廣應用。

技術領域

本發明涉及超大規模集成電路制造領域，具體涉及適用于低功耗集成電路制造的倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管及其制造方法。

背景技術

集成電路的基本單元MOSFETs根據摩爾定律的要求，尺寸會變得越來越小，隨之而來的不僅僅是在制造工藝上的難度加深，各種不良效應也越發的凸顯。如今集成電路設計所采用的MOSFETs型器件由于其工作時自身產生電流的物理機制的限制，其亞閾值擺幅不能低于60mV/dec。而普通隧穿場效應晶體管作為開關型器件使用時，利用載流子在半導體能帶之間發生隧穿效應作為電流的導通機制，其亞閾值擺幅要明顯優于MOSFETs型器件的60mv/dec極限。然而，普通隧穿場效應晶體管源區和漏區采用不同導電類型的雜質，這種非對稱結構特征導致其無法在功能上完全取代具有對稱結構特征的MOSFETs型器件。以N型隧穿場效應晶體管為例，如果將其源極和漏極互換，即漏極為低電位，源極為高電位，則隧穿場效應晶體管將始終處于導通狀態，導通電流的大小不再能夠依靠柵電極而得到良好控制和調節，這使得整個隧穿場效應晶體管的開關特性失效。

發明內容

發明目的：

為了有效結合和利用MOSFETs型器件源極、漏極可互換和普通隧穿場效應晶體管低亞閾值擺幅擺幅的優點，解決MOSFETs型器件亞閾值擺幅無法降低和普通隧穿場效應晶體管只能作為單向開關的不足，本發明提出倒U柵輔控雙側柵主控雙向隧穿晶體管結構及其制造方法。該晶體管具有邏輯功能與當前基于MOSFETs集成電路完全兼容的優勢特點，源漏兩端結構的對稱性使其可以通過對源極和漏極的電壓互換實現源漏雙向對稱開關的功能，即具有源漏電極可互換的雙向開關特性、此外還具有正反向電流比高、低亞閾值擺幅、高正向導通電流等工作特性。

技術方案：

本發明是通過以下技術方案來實現的：

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， SOI晶圓的硅襯底上方為SOI晶圓的襯底絕緣層，SOI晶圓的襯底絕緣層的上方為單晶硅薄膜、倒U柵的部分區域、柵電極絕緣層的部分區域和雙側柵；單晶硅薄膜為雜質濃度低于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和重摻雜源漏可互換區b通過離子注入或擴散對單晶硅薄膜進行有意摻雜工藝形成，并分別形成于單晶硅薄膜所形成的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和源漏可互換本征區b位于單晶硅薄膜所形成的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；柵電極絕緣層為絕緣體材料，與單晶硅薄膜所形成的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位于單晶硅薄膜所形成的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柵通過柵電極絕緣層與單晶硅薄膜彼此絕緣隔離，對單晶硅薄膜所形成的U形凹槽底部水平部分有控制作用。

雙側柵由金屬材料或多晶硅材料構成，位于單晶硅薄膜所形成的U形凹槽結構的左右兩側垂直部分的外側，與單晶硅薄膜所形成的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相互接觸，通過柵電極絕緣層與單晶硅薄膜彼此絕緣隔離，對單晶硅薄膜所形成的凹槽兩側垂直部分有控制作用；