高集成中央双向肖特基结型单管反相器及其制造方法技术

高集成中央双向肖特基结型单管反相器及其制造方法，属于集成电路设计和制造技术领域，涉及一种适用于高集成、高性能的具有中央肖特基结结构特征和由单个晶体管所组成；只需要一个晶体管即可实现反相器的基本功能，在同等工艺尺寸下，进一步提升了反相器的集成度。采用中央双向肖特基结设计，有助于有效隔离源漏两侧半导体内载流子互通，避免了隧道电流导致的泄漏电流的产生，有效降低了反相器的功耗。耗。耗。

【技术实现步骤摘要】
高集成中央双向肖特基结型单管反相器及其制造方法


[0001]本专利技术属于集成电路设计和制造
，涉及一种适用于高集成、高性 能的具有中央肖特基结结构特征和由单个晶体管所组成的高集成中央双向肖特 基结型单管反相器及其制造方法。

技术介绍

[0002]反相器是可以将输入信号的相位反转180度。CMOS反相器是几乎所有数字 集成电路设计的核心，它具有较大的噪声容限、极高的输入电阻、极低的静态 功耗以及对噪声和干扰不敏感等优点，因此广泛应用于数字集成电路中。CMOS 反相器作为构成数字集成电路最基础的功能单元和数字电子系统中最为典型的 器件，有明确的逻辑功能。普通CMOS反相器电路由两个互补的增强型MOS场效 应管组成，其中的NMOS管，常称驱动管，PMOS管，常称负载管。随着集成技术 进入亚10纳米尺寸，单个晶体管尺寸的缩减受工艺条件的限制趋于极限，因此 降低集成电路功能模块的复杂度，减少集成电路功能模块的晶体管数量，是在 摩尔定律趋于极限后，维持集成电路集成度进一步提升的有效途径之一。

技术实现思路

[0003]专利技术目的
[0004]本专利技术针对集成电路功能模块的复杂程度，集成电路功能模块的晶体管的 数量繁多，提供了一种高集成中央双向肖特基结型单管反相器及其制造方法。
[0005]技术方案
[0006]高集成中央双向肖特基结型单管反相器，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表面与单晶 硅薄膜a的下表面、单晶硅薄膜b的下表面和输出电极的下表面相互接触；单 晶硅薄膜a、单晶硅薄膜b为杂质浓度低于10
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cm
‑3的单晶硅半导体材料；单晶 硅薄膜a和单晶硅薄膜b分别位于SOI晶圆的衬底绝缘层上表面的左右两侧的中 间部分；单晶硅薄膜a的上表面与重掺杂N型源区的下表面相互接触；单晶硅 薄膜b的上表面与重掺杂P型漏区的下表面相互接触；输出电极为金属或合金 材料；输出电极具有大写英文字母“I”形特征；输出电极与单晶硅薄膜a的下 方部分的前后表面和右侧表面相互接触；输出电极与单晶硅薄膜a的导带形成 肖特基势垒，且势垒高度不小于0.3电子伏特；输出电极与单晶硅薄膜a的价带 亦形成肖特基势垒，且势垒高度亦不小于0.3电子伏特；输出电极与单晶硅薄膜 b的下方部分的前后表面和左侧表面相互接触；输出电极与单晶硅薄膜b的导带 形成肖特基势垒，且势垒高度不小于0.3电子伏特；输出电极与单晶硅薄膜b的 价带亦形成肖特基势垒，且势垒高度亦不小于0.3电子伏特；输出电极的上表面 与隔离绝缘层的下表面相互接触；隔离绝缘层为绝缘体材料，具有大写英文字 母“I”形特征；隔离绝缘层与单晶硅薄膜a的中间部分的前后表面和右侧表面 相互接触；隔离绝缘层与单晶硅薄膜b的中间部分的前后表面和左侧表面相互 接触；隔离绝缘层的上表面分别与栅电极绝缘层的下表面和栅电极的下表面相 互接触；栅电极
绝缘层具有左右两个分离部分；栅电极绝缘层的左侧部分的内 表面的上方部分与单晶硅薄膜a的上方部分的前后表面和右侧表面相互接触； 栅电极绝缘层的左侧部分的内表面的下方部分与重掺杂N型源区的前后表面和 右侧表面相互接触；栅电极绝缘层的左侧部分的外表面与栅电极的左侧内表面 相互接触；栅电极绝缘层的右侧部分的内表面的上方部分与单晶硅薄膜b的上 方部分的前后表面和左侧表面相互接触；栅电极绝缘层的右侧部分的内表面的 下方部分与重掺杂P型漏区的前后表面和左侧表面相互接触；栅电极绝缘层的 右侧部分的外表面与栅电极的右侧内表面相互接触；栅电极具有大写英文字母
ꢀ“
I”形特征；重掺杂N型源区为掺杂浓度大于10
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每立方厘米的N型半导体； 重掺杂N型源区的上表面与源电极的下表面相互接触；重掺杂P型漏区为掺杂 浓度大于10
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每立方厘米的P型半导体；重掺杂P型漏区的上表面与漏电极的 下表面相互接触；绝缘层为绝缘体材料；绝缘层的下表面与栅电极绝缘层的上 表面以及栅电极的上表面相互接触；绝缘层的左侧内表面与源电极的前后表面 和右侧表面相互接触；绝缘层的右侧内表面与漏电极的前后表面和左侧表面相 互接触。
[0007]当栅电极被施加低电压，漏电极被施加高电压，源电极被施加低电压，临 近源电极的单晶硅薄膜a和临近漏电极的单晶硅薄膜b会在场效应的作用下产 生聚集空穴，使得单晶硅薄膜a和单晶硅薄膜b内的多数载流子均为位于价带 的空穴，又因为此时输出电极与单晶硅薄膜a的价带之间所形成的肖特基结处 于高阻状态，而输出电极与单晶硅薄膜b的价带之间所形成的肖特基结处于低 阻状态，因此位于输出电极左侧的在输出电极与源电极之间所形成的等效电阻 远大于输出电极右侧的在输出电极与漏电极之间所形成的等效电阻，因此漏电 极与源电极之间的电势差降在输出电极与源电极之间，也就是说输出电极此时 所输出的电压约等于漏电极所施加的高电压，即输出电极输出高电压；
[0008]当栅电极被施加高电压，漏电极被施加高电压，源电极被施加低电压，临 近源电极的单晶硅薄膜a和临近漏电极的单晶硅薄膜b会在场效应的作用下产 生聚集电子，使得单晶硅薄膜a和单晶硅薄膜b内的多数载流子均为位于导带 的电子，又因为此时输出电极与单晶硅薄膜a的导带之间所形成的肖特基结处 于低阻状态，而输出电极与单晶硅薄膜b的导带之间所形成的肖特基结处于高 阻状态，因此位于输出电极左侧的在输出电极与源电极之间所形成的等效电阻 远小于输出电极右侧的在输出电极与漏电极之间所形成的等效电阻，因此漏电 极与源电极之间的电势差降在输出电极与漏电极之间，也就是说输出电极此时 所输出的电压约等于源电极所施加的低电压，即输出电极输出低电压；通过上 述方式实现反相器的基本功能。
[0009]同时，当导带电子为多数载流子时，由于输出电极与单晶硅薄膜a的导带 之间所形成的肖特基结一和输出电极与单晶硅薄膜b的导带之间所形成的肖特 基结二的其中之一总是处于高阻状态；当价带空穴为多数载流子时，由于输出 电极与单晶硅薄膜a的价带之间所形成的肖特基结三和输出电极与单晶硅薄膜b 的价带之间所形成的肖特基结四的其中之一总是处于高阻状态；因此可以有效 阻挡一侧的多数载流子流向另外一侧，从而避免了在源电极和漏电极之间直接 形成大量泄漏电流，有效降低了反相器的功耗。
[0010]优点及效果
[0011]1.同等工艺下更高的高集成
[0012]本专利技术只需要一个晶体管即可实现反相器的基本功能，在同等工艺尺寸下， 进一
6分别位于SOI晶圆的衬底绝缘层 2上表面的左右两侧的中间部分；单晶硅薄膜a 5的上表面与重掺杂N型源区3 的下表面相互接触；单晶硅薄膜b 6的上表面与重掺杂P型漏区4的下表面相互 接触；输出电极7为金属或合金材料；输出电极7具有大写英文字母“I”形特 征；输出电极7与单晶硅薄膜a 5的下方部分的前后表面和右侧表面相互接触； 输出电极7与单晶硅薄膜a 5的导带形成肖特基势垒，且势垒高度不小于0.3电 子伏特；输出电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.高集成中央双向肖特基结型单管反相器，其特征在于，包含SOI晶圆的硅衬底(1)，其特征在于：SOI晶圆的硅衬底(1)上方为SOI晶圆的衬底绝缘层(2)，SOI晶圆的衬底绝缘层(2)的上表面与单晶硅薄膜a(5)的下表面、单晶硅薄膜b(6)的下表面和输出电极(7)的下表面相互接触；单晶硅薄膜a(5)、单晶硅薄膜b(6)为杂质浓度低于10
16
cm
‑3的单晶硅半导体材料；单晶硅薄膜a(5)和单晶硅薄膜b(6)分别位于SOI晶圆的衬底绝缘层(2)上表面的左右两侧的中间部分；单晶硅薄膜a(5)的上表面与重掺杂N型源区(3)的下表面相互接触；单晶硅薄膜b(6)的上表面与重掺杂P型漏区(4)的下表面相互接触；输出电极(7)为金属或合金材料；输出电极(7)具有大写英文字母“I”形特征；输出电极(7)与单晶硅薄膜a(5)的下方部分的前后表面和右侧表面相互接触；输出电极(7)与单晶硅薄膜a(5)的导带形成肖特基势垒，且势垒高度不小于0.3电子伏特；输出电极(7)与单晶硅薄膜a(5)的价带亦形成肖特基势垒，且势垒高度亦不小于0.3电子伏特；输出电极(7)与单晶硅薄膜b(6)的下方部分的前后表面和左侧表面相互接触；输出电极(7)与单晶硅薄膜b(6)的导带形成肖特基势垒，且势垒高度不小于0.3电子伏特；输出电极(7)与单晶硅薄膜b(6)的价带亦形成肖特基势垒，且势垒高度亦不小于0.3电子伏特；输出电极(7)的上表面与隔离绝缘层(8)的下表面相互接触；隔离绝缘层(8)为绝缘体材料，具有大写英文字母“I”形特征；隔离绝缘层(8)与单晶硅薄膜a(5)的中间部分的前后表面和右侧表面相互接触；隔离绝缘层(8)与单晶硅薄膜b(6)的中间部分的前后表面和左侧表面相互接触；隔离绝缘层(8)的上表面分别与栅电极绝缘层(9)的下表面和栅电极(10)的下表面相互接触；栅电极绝缘层(9)具有左右两个分离部分；栅电极绝缘层(9)的左侧部分的内表面的上方部分与单晶硅薄膜a(5)的上方部分的前后表面和右侧表面相互接触；栅电极绝缘层(9)的左侧部分的内表面的下方部分与重掺杂N型源区(3)的前后表面和右侧表面相互接触；栅电极绝缘层(9)的左侧部分的外表面与栅电极(10)的左侧内表面相互接触；栅电极绝缘层(9)的右侧部分的内表面的上方部分与单晶硅薄膜b(6)的上方部分的前后表面和左侧表面相互接触；栅电极绝缘层(9)的右侧部分的内表面的下方部分与重掺杂P型漏区(4)的前后表面和左侧表面相互接触；栅电极绝缘层(9)的右侧部分的外表面与栅电极(10)的右侧内表面相互接触；栅电极(10)具有大写英文字母“I”形特征；重掺杂N型源区(3)为...

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