[發(fā)明專利]一種勢(shì)壘調(diào)控式H形柵控雙向隧穿晶體管及其制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711050865.9
• 申請(qǐng)日: 2017-10-31
• 公開（公告）號(hào): CN107819029B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳曉詩;馬愷璐;劉溪
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 沈陽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L29/08
• 分類號(hào): H01L29/08;H01L29/423;H01L29/739;H01L21/331;H01L21/28
• 代理公司: 21115 沈陽智龍專利事務(wù)所(普通合伙)
• 代理人: 宋鐵軍

1.一種勢(shì)壘調(diào)控式H形柵控雙向隧穿晶體管，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）、勢(shì)壘調(diào)控柵（2）、柵電極絕緣層（7）以及絕緣介質(zhì)阻擋層（13）的部分區(qū)域，單晶硅薄膜（1）具有“凹”字形幾何特征，為雜質(zhì)濃度低于10¹⁶cm^-3的單晶硅半導(dǎo)體材料，單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)表面與前后外側(cè)表面附有柵電極絕緣層（7）；重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）和重?fù)诫s源漏可互換區(qū)b（6）分別通過對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分的上方中間部分摻雜形成，雜質(zhì)峰值濃度不低于10¹⁸cm^-3；重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）的前后表面和內(nèi)側(cè)表面與源漏可互換本征區(qū)a（3）相互接觸，并被其三面圍繞；重?fù)诫s源漏可互換區(qū)b（6）的前后表面和內(nèi)側(cè)表面與源漏可互換本征區(qū)b（4）相互接觸，并被其三面圍繞；源漏可互換本征區(qū)a（3）和源漏可互換本征區(qū)b（4）分別位于單晶硅薄膜（1）凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分上端的未被進(jìn)行有意摻雜工藝的內(nèi)側(cè)區(qū)域，為雜質(zhì)濃度低于10¹⁶cm^-3的單晶硅半導(dǎo)體材料；單晶硅薄膜（1）、源漏可互換本征區(qū)a（3）、源漏可互換本征區(qū)b（4）、重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）和重?fù)诫s源漏可互換區(qū)b（6）共同組成了一個(gè)凹槽形結(jié)構(gòu)；柵電極絕緣層（7）位于單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)底部水平部分的上表面和前后表面以及單晶硅薄膜（1）凹槽形結(jié)構(gòu)兩側(cè)垂直部分的內(nèi)側(cè)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(gòu)成，對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分的上方部分的內(nèi)側(cè)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）凹槽形結(jié)構(gòu)之間通過柵電極絕緣層（7）彼此絕緣，H形柵電極（8）只對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分的上方部分具有場效應(yīng)控制作用，對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分的下方區(qū)域以及底部水平部分區(qū)域沒有明顯場效應(yīng)控制作用；勢(shì)壘調(diào)控柵（2）由金屬材料或多晶硅材料構(gòu)成，位于單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)底部水平部分的上表面和前后表面，對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)底部水平部分形成三面包裹，并通過柵電極絕緣層（7）與單晶硅薄膜（1）彼此絕緣隔離，勢(shì)壘調(diào)控柵（2）只對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)底部水平部分有場效應(yīng)控制作用，對(duì)單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分的上方部分沒有明顯場效應(yīng)控制作用；H形柵電極（8）位于單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的凹槽內(nèi)側(cè)的部分的下表面與勢(shì)壘調(diào)控柵（2）之間具有絕緣介質(zhì)阻擋層（13）的部分區(qū)域，H形柵電極（8）與勢(shì)壘調(diào)控柵（2）之間通過絕緣介質(zhì)阻擋層（13）彼此絕緣隔離；源漏可互換電極a（9）由金屬材料構(gòu)成，位于重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）的上方；源漏可互換電極b（10）也由金屬材料構(gòu)成，位于重?fù)诫s源漏可互換區(qū)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(gè)電極之間通過絕緣介質(zhì)阻擋層（13）彼此絕緣；勢(shì)壘調(diào)控柵（2）的左右兩側(cè)呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，能在源漏可互換電極a（9）和源漏可互換電極b（10）對(duì)稱互換的情況下實(shí)現(xiàn)同樣的輸出特性。

2.一種勢(shì)壘調(diào)控式H形柵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(gè)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），通過光刻或刻蝕工藝，對(duì)SOI晶圓上方的單晶硅薄膜（1）進(jìn)行刻蝕，除去前后兩側(cè)以及中間部分區(qū)域的單晶硅薄膜（1），形成具有凹槽形結(jié)構(gòu)特征的單晶硅薄膜（1）；

步驟二：通過氧化或淀積、刻蝕工藝，在單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽形結(jié)構(gòu)的前后外側(cè)表面和凹槽兩側(cè)垂直部分的內(nèi)側(cè)表面及凹槽底部水平部分的上方表面形成柵電極絕緣層（7）；

步驟三：在SOI晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)，平坦化至表面露出單晶硅薄膜（1），初步形成絕緣介質(zhì)阻擋層（13）；

步驟四：通過刻蝕工藝，對(duì)步驟三中所形成的位于單晶硅薄膜（1）凹槽結(jié)構(gòu)底部水平部分的前后表面的部分絕緣介質(zhì)阻擋層（13）進(jìn)行刻蝕至露出柵電極絕緣層（7），進(jìn)一步形成絕緣介質(zhì)阻擋層（13）；

步驟五：通過淀積工藝，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），初步形成勢(shì)壘調(diào)控柵（2）；

步驟六：先通過刻蝕工藝刻蝕掉單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽結(jié)構(gòu)底部水平部分的上方的絕緣介質(zhì)阻擋層（13）至露出柵電極絕緣層( 7) ，在通過淀積工藝在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），進(jìn)一步形成勢(shì)壘調(diào)控柵（2）；

步驟七：通過刻蝕工藝刻蝕掉步驟六所形成的勢(shì)壘調(diào)控柵（2）的上方區(qū)域，進(jìn)一步形成勢(shì)壘調(diào)控柵（2）；

步驟八：通過淀積工藝，在SOI晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)，平坦化表面至露出單晶硅薄膜（1），進(jìn)一步形成絕緣介質(zhì)阻擋層（13）；

步驟九：通過光刻或刻蝕工藝，對(duì)在步驟八中所形成的部分絕緣介質(zhì)阻擋層（13）進(jìn)行部分刻蝕，再在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），形成H形柵電極（8）；

步驟十：通過離子注入工藝，單晶硅薄膜（1）所形成的凹槽結(jié)構(gòu)的兩側(cè)垂直部分上表面的中間外側(cè)部分進(jìn)行摻雜，形成重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）和重?fù)诫s源漏可互換區(qū)b（6）；

步驟十一：通過淀積工藝，在SOI晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)，形成其余部分的絕緣介質(zhì)阻擋層（13）；平坦化表面后通過刻蝕工藝去除重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）和重?fù)诫s源漏可互換區(qū)b（6）上方的絕緣介質(zhì)阻擋層（13）至露出重?fù)诫s源漏可互換區(qū)a（5）和重?fù)诫s源漏可互換區(qū)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）。