本发明专利技术属于半导体技术领域和数字集成电路方面。提供一种新型平面器件结构的共振隧穿器件，能够解决ＲＴＤ大规模集成的关键问题，占据后ＣＯＭＳ器件继承者地位，本发明专利技术采取的技术方案是，一种新型平面器件结构的共振隧穿器件，贯穿整个ＭＢＥ分子束外延材料形成ＲＴＤ１、ＲＴＤ２、形成联接ＲＴＤ１和ＲＴＤ２共有集电区ｎ＋－ＧａＡｓ层的纵向导电通道，注Ｈ＋到ＳＩ－ＧａＡｓ层、不退火形成的ＲＴＤ串联对间的电隔离区，在前述电隔离区和ＲＴＤ１、ＲＴＤ２以及联接ＲＴＤ１和ＲＴＤ２共有集电区ｎ＋－ＧａＡｓ层的纵向导电通道间是注入Ｂ＋到ｎ＋－ＧａＡｓ层，形成前述贯穿形成区域间的电隔离。本发明专利技术主要应用于半导体器件设计制造。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体
和数字集成电路方面，具体地可划归为纳米电子器件 及其集成技术研究领域，尤其涉及新型平面器件结构的共振隧穿器件(RTD)。
技术介绍
目前半导体器件及其集成技术已经步入一个关键性时期，一方面以C0MS为代表 的集成技术按照摩尔定律不断地减少器件有源区尺寸，器件沟道长度已从亚微米级减小到 几十个纳米级。若进一步减小沟道长度将会遇到各种极限的挑战，国际半导体技术发展路 线图(International Technology Roadmap for Semiconductor, ITRS)已宣称C0MS器件和 工艺的按比例缩小将在2019年16nm技术节点(6nm物理沟长)以前结束。另一方面C0MS 技术趋于终止后，后C0MS器件的候选者(或后C0MS器件的继承者)至今尚未明确，竟连那 些器件可能成为倾向性的器件都很难看出。在单电子晶体管(SET)，量子点(QD)，碳纳米管(CNT)，分子电子器件(MED)等诸 多后CMOS器件中，共振隧穿器件是最有希望的器件之一。它具有高频、高速、低功耗、负阻、 双稳、自锁以及少量器件数目完成多种逻辑功能等特点。而且因为它与CMOS器件在工艺兼 容性和参数匹配性方面比以上四种后CMOS器件处于更有利的地位，所以它是后CMOS器件 最有力的竞争者之一。既然如此，为什么它至今尚未能被确定为后C0MS器件的继承者呢？ 其中原因很多，但最主要的原因之一是RTD(共振隧穿器件)至今未能实现大规模集成化。 而未能实现大规模集成化的一个主要原因是其本身的台面结构。因为制备台面必须经过 腐蚀工艺，干法腐蚀因表面粗糙和造成晶格损伤，不常采用。而湿法的侧向腐蚀导致RTD的 发射极面积AE难以控制，而影响峰值电流IP的精确值；台面的纵向位置由于温度对腐蚀速 率的影响难以精确控制，影响器件参数；台面侧面裸露部分降低了器件的稳定性与可靠性； 如果用Si3N4或Si02钝化则寄生电容较大，不利于阻性截止频率fK的提高；各层的内联线存 在高度差，影响联线的质量与可靠性。总之台面工艺复杂、重复性差、不利于大规模集成。针对RTD台面结构存在的问题，有关人员开展了 RTD平面器件的研究。平面器件 结构的主要特点是器件的所有电极接触都位于芯片的上表面。这就需要将纵向器件的底部 的电极通过纵向的电流通道引到顶层表面。该平面结构将器件分成左右两部分。利用 较浅的硼(B+)注入(达到n+-GaAS层)分开。一侧的小截面部分为RTD的有源区；另一侧 大截面部分因其面积大、电阻小，而用作RTD下端n+GaAs层到达上表面的电流通道。RTD的 集电极从右侧上端电极(TiW)引出。整个器件被较深的质子(H+)注入(达到SI-GaAs衬 底)进行电隔离(离子注入使GaAs变为非晶，近似为绝缘体)，然后沉积TiW和A1，形成接 触电极。这种RTD平面结构虽然可以克服台面RTD存在的诸多问题，然而由于右侧纵向电 流通道中DBS附近存在本征高阻层，导致器件的串联电阻Rs变大。随即引起开启电压VT和 峰值电压VP增大，&变大还造成频率下降。总之，前期关于RTD平面器件结构的研究虽然 避免了台面结构的缺点，但是所取得的结果并不理想，而引入了许多新的问题。此外还有 人提出一种C0MS/RTD的混合集成结构，虽然其参数实测结果还不错，但是其结构和制造工艺不仅复杂、成本也比较高，不适宜大规模集成。综上所述虽然共振隧穿器件是比较理想 的一种后C0MS器件的候选者，但是至今尚未能实现大规模集成化的一个重要原因就是它 至今仍沿用着台面的器件结构。
技术实现思路
为克服现有技术的不足，提供一种新型平面器件结构的共振隧穿器件，能够解决 RTD大规模集成的关键问题，占据后C0MS器件继承者地位，本专利技术采取的技术方案是，一种 新型平面器件结构的共振隧穿器件，包括MBE分子束外延材料，MBE分子束外延材料自底 层依次为 Si-GaAs、n+_GaAs、rf-GaAs、i-GaAs、i-AlAs、i-GaAs、i-AlAs、i-GaAs、rf-GaAs、 n+-GaAs, n+-InGaAs层，贯穿整个MBE分子束外延材料形成RTDi，贯穿整个MBE分子束外 延材料形成RTD2，贯穿整个MBE分子束外延材料形成联接RTDi和RTD2共有集电区n+-GaAS 层的纵向导电通道，RTD2、RTD:和纵向导电通道顶部分别为它们各自的Au/Ge/Ni接触电 极，最外围是注H+到SI-GaAs层、不退火形成的RTD串联对间的电隔离区，在前述电隔离区 和RTD:、RTD2以及联接RTD:和RTD2共有集电区n+-GaAS层的纵向导电通道间是注入B+到 n+-GaAs层、不退火形成的电隔离区，联接RTDi和RTD2共有集电区n+-GaAS层的纵向导电通 道、RTD:和RTD2在n+-GaAS层联接在一起，联接RTD:和RTD2共有集电区n+-GaAs层的纵向导 电通道与其顶部的Au/Ge/Ni接触电极通过纵向导电通道相连，纵向导电通道由下列方法 之一形成①从上表面刻深槽到达n+-GaAS层，以Au/Ge/Ni填充沟槽；②注入硅离子(Si+)， 深度达到n+-GaAs层，经过快速退火，实现n+型重掺杂。所述新型平面器件结构的共振隧穿器件，还连接有共振隧穿晶体管GRTT，GRTT是 由平面型RTD在其表面或近表面处设计并制作一个栅极构成，具体结构为下述结构中的一 种①p-n结型栅型GRTT，p-n结型栅型GRTT中心部分仍为RTD器件结构，其两侧在原始材 料上沉积P型掺杂金属层Zn/Au，经过光刻、剥离形成一定尺寸的Zn/Au金属层，再经过较高 温度的快速退火形成P型GaAs层，从而在材料顶部n型RTD两侧构成横向的p_n结结构； ②肖特基势垒栅型GRTT，肖特基势垒栅型GRTT中心部分仍为RTD器件结构，其两侧在原始 材料上沉积肖特基势垒金属材料Ti/Pt/Au，经过光刻、剥离形成一定尺寸的Ti/Pt/Au金属 层，再经过较低温度的快速退火形成GaAs肖特基势垒层，则在材料顶部n型RTD两侧构成 一肖特基势垒结构。在前述新型平面器件结构的共振隧穿器件基础上设计与完成与CMOS兼容的 C0MS/RTD混合集成电路以待混合集成的平面型RTD串联对芯片为起始材料，根据芯片上 各个电极位置、尺寸来设计与其相对应的CMOS集成电路芯片，使设计出的CMOS电路各器件 相应的电极位置及尺寸与前述RTD串联对电极位置及尺寸具有一倒像对应关系，CMOS电路 芯片在一定的Foundry加工完成后通过倒装焊压焊机把CMOS芯片与平面RTD串联对芯片 压焊在一起，来完成一定电路的逻辑功能。本专利技术其特点在于1、采用纵向导电通道、RTDp RTD2结构，因而台面工艺简单、重复性好、极其利于大 规模集成；2、采用在n+-GaAS层联接在一起、电隔离区等结构，使得本专利技术工作频率较高，具 有良好的高频工作特性。附图说明图1. RTD串联对平面器件结构的剖面图(a)材料与器件结构①——注H+到SI-GaAs层，不退火形成RTD串联对间的电隔离区。②一注入B+到n+-GaAS层，不退火形成各RTD和纵向电流通道间的电隔离区。③——N+型纵向电流通道，联接n+-GaAS层本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型平面器件结构的共振隧穿器件，包括ＭＢＥ分子束外延材料，其特征是，包括ＭＢＥ分子束外延材料，其特征是，ＭＢＥ分子束外延材料自底层依次为Ｓｉ－ＧａＡｓ、ｎ＋－ＧａＡｓ、ｎ↑［－］－ＧａＡｓ、ｉ－ＧａＡｓ、ｉ－ＡｌＡｓ、ｉ－ＧａＡｓ、ｉ－ＡｌＡｓ、ｉ－ＧａＡｓ、ｎ↑［－］－ＧａＡｓ、ｎ＋－ＧａＡｓ、ｎ＋－ＩｎＧａＡｓ层，贯穿整个ＭＢＥ分子束外延材料形成ＲＴＤ↓［１］，贯穿整个ＭＢＥ分子束外延材料形成ＲＴＤ↓［２］，贯穿整个ＭＢＥ分子束外延材料形成联接ＲＴＤ↓［１］和ＲＴＤ↓［２］共有集电区ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层的纵向导电通道，ＲＴＤ↓［２］、ＲＴＤ↓［１］和纵向导电通道顶部分别为它们各自的Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ接触电极，最外围是注Ｈ↑［＋］到ＳＩ－ＧａＡｓ层、不退火形成的ＲＴＤ串联对间的电隔离区，在前述电隔离区和ＲＴＤ↓［１］、ＲＴＤ↓［２］以及联接ＲＴＤ↓［１］和ＲＴＤ↓［２］共有集电区ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层的纵向导电通道间是注入Ｂ↑［＋］到ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层、不退火形成的电隔离区，联接ＲＴＤ↓［１］ＲＴＤ↓［２］共有集电区ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层的纵向导电通道、ＲＴＤ↓［１］和ＲＴＤ↓［２］在ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层联接在一起，联接ＲＴＤ↓［１］和ＲＴＤ↓［２］共有集电区ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层的纵向导电通道与其顶部的Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ接触电极通过纵向导电通道相连，纵向导电通道由下列方法之一形成：①从上表面刻深槽到达ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层，以Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ填充沟槽；②注入硅离子（Ｓｉ↑［＋］），深度达到ｎ↑［＋］－ＧａＡｓ层，经过快速退火，实现ｎ↑［＋］型重掺杂。...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：郭维廉，毛陆虹，张世林，邵会民，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]
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