双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管及其制造方法，本发明专利技术所述器件具有能够使晶体管源漏两侧同时发生隧穿效应的双侧折叠栅和能够实现源漏互换双向导通的左右对称的结构特征，双侧折叠栅对单晶硅薄膜两侧垂直部分形成三面包裹，因此具有较强的栅控能力，可实现低亚阈值摆幅特性；具有能够阻止源漏掺杂区的多数载流子流过晶体管的势垒调节栅结构特征。对比于普通MOSFETs型器件，利用隧穿效应实现更优秀的开关特性；对比于普通的隧穿场效应晶体管，本发明专利技术具有普通的隧穿场效应晶体管所不具备的源漏对称可互换的双向开关特性，因此适合推广应用。

Double folded double tunneling transistor with double folded gate control source leakage and its manufacturing method

The present invention relates to a double folding gate controlled source drain tunneling type bidirectional double pass transistor and its manufacturing method, the device of the invention has the structure characteristics of the leakage source transistor can occur simultaneously on both sides of the tunneling effect of bilateral folding gate and source drain can achieve symmetrical exchange bidirectional conduction, bilateral folding gate formed three the package of silicon film on both sides vertical part, it has a strong grid control ability, can achieve low threshold swing characteristics; with the majority carriers flowing through the transistor can prevent the source drain doping region of the barrier gate structure adjustment. Compared to the common MOSFETs devices, using the tunneling effect to achieve better switching characteristics; compared to the common tunneling field effect transistor, the invention has the bidirectional switch characteristics of ordinary tunneling field effect transistor do not have the source drain symmetric interchangeable, so it is suitable for popularization and application.

【技术实现步骤摘要】
双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管及其制造方法
本专利技术涉及超大规模集成电路制造领域，具体涉及适用于低功耗集成电路制造的具有低泄漏电流的双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管及其制造方法。
技术介绍
集成电路的基本单元MOSFETs根据摩尔定律的要求，尺寸会变得越来越小，随之而来的不仅仅是在制造工艺上的难度加深，各种不良效应也越发的凸显。如今集成电路设计所采用的MOSFETs型器件由于其工作时自身产生电流的物理机制的限制，其亚阈值摆幅不能低于60mV/dec。而普通隧穿场效应晶体管作为开关型器件使用时，利用载流子在半导体能带之间发生隧穿效应作为电流的导通机制，其亚阈值摆幅要明显优于MOSFETs型器件的60mv/dec极限。然而，普通隧穿场效应晶体管源区和漏区采用不同导电类型的杂质，这种非对称结构特征导致其无法在功能上完全取代具有对称结构特征的MOSFETs型器件。以N型隧穿场效应晶体管为例，如果将其源极和漏极互换，即漏极为低电位，源极为高电位，则隧穿场效应晶体管将始终处于导通状态，导通电流的大小不再能够依靠栅电极而得到良好控制和调节，这使得整个隧穿场效应晶体管的开关特性失效。
技术实现思路
专利技术目的：为了有效结合和利用MOSFETs型器件源极、漏极可互换和普通隧穿场效应晶体管低亚阈值摆幅的优点，解决MOSFETs型器件亚阈值摆幅无法降低和普通隧穿场效应晶体管只能作为单向开关的不足，本专利技术提出双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管及其制造方法。该晶体管具有逻辑功能与当前基于MOSFETs集成电路完全兼容的优势特点，源漏两端结构的对称性使其可以通过对源极和漏极的电压互换实现源漏双向对称开关的功能，即具有源漏电极可互换的双向开关特性，此外还具有正反向电流比高、低亚阈值摆幅和高正向导通电流等工作特性。技术方案：本专利技术是通过以下技术方案来实现的：一种双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管，包含SOI晶圆的硅衬底，SOI晶圆的硅衬底上方为SOI晶圆的衬底绝缘层，SOI晶圆的衬底绝缘层的上方为单晶硅薄膜、势垒调节栅、栅电极绝缘层的部分区域和绝缘介质阻挡层的部分区域；其中，单晶硅薄膜为杂质浓度低于1016cm-3的单晶硅半导体材料，具有U形凹槽结构特征；重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b通过离子注入或扩散对单晶硅薄膜进行有意掺杂工艺形成，并分别形成于单晶硅薄膜所形成的U形凹槽结构左右两侧垂直部分上端的内侧区域，其杂质峰值浓度不低于1018cm-3；源漏可互换本征区a和源漏可互换本征区b位于单晶硅薄膜所形成的U形凹槽结构左右两侧垂直部分上端的未被进行有意掺杂工艺的外侧区域，分别对重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b形成三面包裹；栅电极绝缘层为绝缘体材料，与单晶硅薄膜所形成的U形凹槽结构的左右两侧垂直部分外侧表面、内侧表面、前后两侧表面以及凹槽底部水平部分的上表面和前后两侧表面相互接触；势垒调节栅由金属材料或多晶硅材料构成，呈英文大写字母“U”形倒架在栅电极绝缘层位于单晶硅薄膜所形成的U形凹槽底部水平部分的上表面和前后两侧的外侧表面所形成部分区域的上方，势垒调节栅通过栅电极绝缘层与单晶硅薄膜彼此绝缘隔离，对单晶硅薄膜所形成的U形凹槽底部水平部分有控制作用，双侧折叠栅由金属材料或多晶硅材料构成，位于栅电极绝缘层的外侧上方部分，并对栅电极绝缘层的外侧，和前后两侧的上方部分相互接触并形成三面折叠围绕，通过栅电极绝缘层与单晶硅薄膜彼此绝缘隔离，，对单晶硅薄膜所形成的U形凹槽两侧垂直部分的上方区域，即源漏可互换本征区a和源漏可互换本征区b有控制作用，源漏可互换电极a和源漏可互换电极b为金属材料构成，分别位于重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b的上方，并彼此相互接触；源漏可互换电极a和源漏可互换电极b的外侧表面分别与绝缘介质阻挡层相互接触，源漏可互换电极a、源漏可互换电极b、双侧折叠栅和势垒调节栅彼此通过绝缘介质阻挡层相互绝缘隔离；双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管左右两侧为对称结构，可在源漏可互换电极a和源漏可互换电极b对称互换的情况下实现同样的输出特性。一种双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管制造方法的具体制造步骤如下：步骤一：提供一个SOI晶圆，最下方为SOI晶圆的硅衬底，硅衬底的上面是衬底绝缘层，衬底绝缘层的上表面为单晶硅薄膜，通过光刻、刻蚀工艺除去SOI晶圆上方的单晶硅薄膜中间部分前后外侧部分区域至露出衬底绝缘层，此时俯视晶圆，单晶硅薄膜（1）在衬底绝缘层上呈英文大写字母“H”形；步骤二：在步骤一所刻蚀的单晶硅薄膜处淀积绝缘介质，并平坦化表面至绝缘介质层的上表面与单晶硅薄膜的上表面在同一水平面上，初步形成栅电极绝缘层；步骤三：通过光刻、刻蚀工艺除去部分步骤二中所形成的前后两侧的栅电极绝缘层中间部分的单晶硅薄膜；步骤四：在步骤三基础上，在晶圆表面淀积绝缘介质，平坦化表面至露出单晶硅薄膜的上表面，使至绝缘介质的上表面与单晶硅薄膜左右两侧的上表面在同一水平面上，进一步形成栅电极绝缘层；步骤五：对步骤四中形成的栅电极绝缘层的前后两侧的中间部分进行部分刻蚀，直至露出衬底绝缘层，此时俯视晶圆，栅电极绝缘层呈英文大写字母“H”形；；步骤六：在步骤五基础上，在晶圆表面淀积金属或多晶硅，平坦化表面至露出单晶硅薄膜的上表面，使金属或多晶硅的上表面与单晶硅薄膜左右两侧的上表面在同一水平面上，初步形成势垒调节栅；步骤七：通过光刻、刻蚀工艺除去步骤六中所形成的势垒调节栅之间的栅电极绝缘层至一定厚度后，再通过淀积工艺，在晶圆表面淀积金属或多晶硅，平坦化表面至露出单晶硅薄膜的上表面，进一步形成势垒调节栅；步骤八：通过光刻、刻蚀工艺除去步骤七中所形成的势垒调节栅的上半部分，最终形成势垒调节栅，在通过淀积工艺，在晶圆表面淀积绝缘介质，平坦化表面后初步形成部分绝缘介质阻挡层；步骤九：通过光刻、刻蚀工艺，对单晶硅薄膜的左右两侧外侧部分和前后外侧部分区域进行部分刻蚀至露出衬底绝缘层，进一步形成单晶硅薄膜；步骤十：通过氧化或淀积工艺，在步骤九基础上，在裸露在外的单晶硅薄膜表面形成绝缘介质层，平坦化表面至露出单晶硅薄膜的上表面，进一步形成栅电极绝缘层；步骤十一：通过光刻、刻蚀工艺，对位于单晶硅薄膜两侧垂直部分的前后侧及外侧的栅电极绝缘层进行部分刻蚀至露出衬底绝缘层，进一步形成栅电极绝缘层；步骤十二：在步骤十一基础上，在晶圆上方淀积绝缘介质平坦化至露出单晶硅薄膜的上表面，并通过刻蚀工艺刻蚀掉本步骤中所形成的绝缘介质，进一步形成绝缘介质阻挡层；步骤十三：通过淀积工艺，在晶圆表面淀积金属或多晶硅，平坦化表面至露出单晶硅薄膜的上表面，在步骤十二中所形成的部分绝缘介质阻挡层的上方形成双侧折叠栅；步骤十四：在两侧的单晶硅薄膜上通过扩散或离子注入工艺形成重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b，使重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b分别位于单晶硅薄膜所形成的U形凹槽结构的左右两侧垂直部分上方的中间内侧部分，并被源漏可互换本征区a和源漏可互换本征区b三面包裹；步骤十五：在晶圆表面淀积绝缘介质，并通过刻蚀工艺除去重掺杂源漏可互换区a和重掺杂源漏可互换区b上方的绝缘介质，进一步形成绝缘介质阻挡层和源漏通孔，再对晶圆上表面淀积金属或多晶硅，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管，包含SOI晶圆的硅衬底（12），其特征在于：SOI晶圆的硅衬底（12）上方为SOI晶圆的衬底绝缘层（11），SOI晶圆的衬底绝缘层（11）的上方为单晶硅薄膜（1）、势垒调节栅（2）、栅电极绝缘层（7）的部分区域和绝缘介质阻挡层（13）的部分区域；其中，单晶硅薄膜（1）为杂质浓度低于10

【技术特征摘要】
1.一种双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管，包含SOI晶圆的硅衬底（12），其特征在于：SOI晶圆的硅衬底（12）上方为SOI晶圆的衬底绝缘层（11），SOI晶圆的衬底绝缘层（11）的上方为单晶硅薄膜（1）、势垒调节栅（2）、栅电极绝缘层（7）的部分区域和绝缘介质阻挡层（13）的部分区域；其中，单晶硅薄膜（1）为杂质浓度低于1016cm-3的单晶硅半导体材料，具有U形凹槽结构特征；重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）通过离子注入或扩散对单晶硅薄膜（1）进行有意掺杂工艺形成，并分别形成于单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构左右两侧垂直部分上端的内侧区域，其杂质峰值浓度不低于1018cm-3；源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）位于单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构左右两侧垂直部分上端的未被进行有意掺杂工艺的外侧区域，分别对重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）形成三面包裹；栅电极绝缘层（7）为绝缘体材料，与单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的左右两侧垂直部分外侧表面、内侧表面、前后两侧表面以及凹槽底部水平部分的上表面和前后两侧表面相互接触；势垒调节栅（2）由金属材料或多晶硅材料构成，呈英文大写字母“U”形倒架在栅电极绝缘层（7）位于单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽底部水平部分的上表面和前后两侧的外侧表面所形成部分区域的上方，势垒调节栅（2）通过栅电极绝缘层（7）与单晶硅薄膜（1）彼此绝缘隔离，对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽底部水平部分有控制作用，双侧折叠栅（8）由金属材料或多晶硅材料构成，位于栅电极绝缘层（7）的外侧上方部分，并对栅电极绝缘层（7）的外侧，和前后两侧的上方部分相互接触并形成三面折叠围绕，通过栅电极绝缘层（7）与单晶硅薄膜（1）彼此绝缘隔离，对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽两侧垂直部分的上方区域，即源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）有控制作用，源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）为金属材料构成，分别位于重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）的上方，并彼此相互接触；源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）的外侧表面分别与绝缘介质阻挡层（13）相互接触，源漏可互换电极a（9）、源漏可互换电极b（10）、双侧折叠栅（8）和势垒调节栅（2）彼此通过绝缘介质阻挡层（13）相互绝缘隔离；双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管左右两侧为对称结构，能够在源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）对称互换的情况下实现同样的输出特性。2.一种双侧折叠栅控源漏双隧穿型双向导通晶体管的制造方法，其特征在于：其制造步骤如下：步骤一：提供一个SOI晶圆，最下方为SOI晶圆的硅衬底（12），硅衬底（12）的上面是衬底绝缘层（11），衬底绝缘层（11）的上表面为单晶硅薄膜（1），通过光刻、刻蚀工艺除去SOI晶圆上方的单晶硅薄膜（1）中间部分前后外侧部分区域至露出衬底绝缘层（11），此时俯视晶圆，单晶硅薄膜（1）在衬底绝缘层（11）上呈英文大写字母“H”形；步骤二：在步骤一所刻蚀...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳晓诗，王艺澄，刘溪，
申请(专利权)人：沈阳工业大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21