內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，對比同尺寸MOSFETs或TFETs器件，具有低寄生電容和低反向泄漏電流的優(yōu)點。利用隧穿絕緣層阻抗與其內(nèi)部場強間極為敏感的相互關系實現(xiàn)優(yōu)秀的開關特性；通過發(fā)射極將隧穿信號增強實現(xiàn)了優(yōu)秀的正向?qū)ㄌ匦裕涣硗獗景l(fā)明還提出了一種內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管單元及其陣列的具體制造方法。該晶體管顯著改善了納米級集成電路單元的工作特性，適用于推廣應用。
【專利說明】內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿増強晶體管及其制造方法
【技術領域】
:
[0001]本發(fā)明涉及超大規(guī)模集成電路制造領域，涉及一種適用于高性能超高集成度集成電路制造的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的結(jié)構(gòu)及其制造方法。
【背景技術】
:
[0002]當前，隨著集成電路的基本單元金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFETs)器件尺寸的不斷縮小，漏電極與柵電極之間的距離、或源電極與柵電極之間的距離也隨之不斷減小，這就使得器件的柵源、源柵、柵漏以及漏柵寄生電容顯著增大，使集成電路的功耗增大，使信號的傳播時延及負反饋增大，并影響增益帶寬乘積。
[0003]另一方面，MOSFETs器件溝道長度的不斷縮短導致了器件開關特性的明顯下降。具體表現(xiàn)為亞閾值擺幅隨著溝道長度的減小而增大、靜態(tài)功耗明顯增加。雖然通過改善柵電極結(jié)構(gòu)的方式可使這種器件性能的退化有所緩解，但當器件尺寸進一步縮減時，器件的開關特性會繼續(xù)惡化。
[0004]對比于MOSFETs器件，近年來提出的隧穿場效應晶體管(TFETs)，雖然其平均亞閾值擺幅有所提升，然而其正向?qū)娏鬟^小，且等尺寸下所產(chǎn)生的寄生電容特性并無改善。
[0005]此外，TFETs可通過引入化合物半導體、鍺化硅或鍺等禁帶寬度更窄的材料來生成為TFETs的隧穿部分可增大隧穿幾率以提升開關特性，但增加了工藝難度。采用高介電常數(shù)絕緣材料作為柵極與襯底之間的絕緣介質(zhì)層，雖然能夠改善柵極對溝道電場分布的控制能力，卻不能從本質(zhì)上提高硅材料的隧穿幾率，因此對于TFETs的正向?qū)ㄌ匦愿纳坪苡邢蕖?br>
[0006]此外，由于TFETs和MOSFETs器件都是通過柵電極電場效應對柵極絕緣層及半導體內(nèi)部的電場、電勢及載流子分布進行控制，為了提升柵電極對半導體內(nèi)部的控制能力，需采用高介電常數(shù)和不斷減薄的柵極絕緣層來加強柵電極的控制能力，但同時也縮短了柵電極和漏區(qū)、柵電極和源區(qū)之間的距離，使得柵極和漏極重合區(qū)域處在柵極反向偏置時會產(chǎn)生較大的柵極致漏極泄漏(GIDL)電流或柵極致源極泄漏(GISL)電流。
【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0007]發(fā)明目的
[0008]為在兼容現(xiàn)有基于硅工藝技術的前提下徹底解決由于器件尺寸不斷縮小所導致的寄生電容明顯增大的問題，顯著降低器件的反向泄漏電流，顯著提升納米級集成電路基本單元器件的開關特性，并確保器件在降低亞閾值擺幅的同時具有良好的正向電流導通特性，本發(fā)明提供一種適用于高性能、高集成度集成電路制造的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的結(jié)構(gòu)及其單元和陣列的制造方法。
[0009]技術方案
[0010]本發(fā)明是通過以下技術方案來實現(xiàn)的:
[0011]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:采用包含單晶硅襯底I和晶圓絕緣層2的SOI晶圓作為生成器件的襯底；發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5位于SOI晶圓的晶圓絕緣層2的上方，基區(qū)4具有凹槽形結(jié)構(gòu)；位于發(fā)射區(qū)3與集電區(qū)5之間；發(fā)射極9位于發(fā)射區(qū)3的上方；集電極10位于集電區(qū)5的上方；馬鞍形導電層6附著于基區(qū)4凹槽內(nèi)壁和凹槽底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；馬鞍形隧穿絕緣層7附著于馬鞍形導電層6馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；折疊柵電極8附著于馬鞍形隧穿絕緣層7馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁；阻擋絕緣層11為絕緣介質(zhì)。
[0012]為達到本發(fā)明所述的器件功能，本發(fā)明提出一種內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其核心結(jié)構(gòu)特征為:
[0013]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8內(nèi)嵌于基區(qū)4凹槽內(nèi)，馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8的上表面不高于基區(qū)4凹槽兩端頂部上表面。
[0014]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8共同組成了內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極，當馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8的控制下發(fā)生隧穿時，電流從折疊柵電極8經(jīng)馬鞍形隧穿絕緣層7流動到馬鞍形導電層6，并為基區(qū)4供電。
[0015]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8均通過阻擋絕緣層11與發(fā)射區(qū)3、發(fā)射極9、集電區(qū)5和集電極10相互隔離；相鄰的發(fā)射區(qū)3與集電區(qū)5之間通過阻擋絕緣層11隔離，相鄰的發(fā)射極9與集電極10之間通過阻擋絕緣層11隔離。
[0016]馬鞍形導電層6與基區(qū)4形成歐姆接觸，馬鞍形導電層6是金屬材料，或者是同基區(qū)4具有相同雜質(zhì)類型的、且摻雜濃度大于1019每立方厘米的半導體材料。
[0017]馬鞍形隧穿絕緣層7為用于產(chǎn)生隧穿電流的絕緣材料層。
[0018]發(fā)射區(qū)3與基區(qū)4之間、集電區(qū)5與基區(qū)4之間具有相反雜質(zhì)類型，且發(fā)射區(qū)3與發(fā)射極9之間形成歐姆接觸，集電區(qū)5與集電極10之間形成歐姆接觸。
[0019]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，以N型為例，發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5分別為N區(qū)、P區(qū)和N區(qū)，其具體的工作原理為:當集電極10正偏，且折疊柵電極8處于低電位時，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間沒有形成足夠的電勢差，此時馬鞍形隧穿絕緣層7處于高阻狀態(tài)，與M0SFET的柵極絕緣層相似，沒有明顯隧穿電流通過，因此使得基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間無法形成足夠大的基區(qū)電流來驅(qū)動內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，即器件處于關斷狀態(tài)；隨著折疊柵電極8電壓的逐漸升高，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間的電勢差逐漸增大，使得位于折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間的馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度也隨之逐漸增大，當馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度位于臨界值以下時，馬鞍形隧穿絕緣層7始終保持良好的高阻狀態(tài)，折疊柵電極8和發(fā)射極9之間的電勢差幾乎完全降在馬鞍形隧穿絕緣層7的內(nèi)壁和外壁兩側(cè)之間，也就使得基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間的電勢差極小，因此基區(qū)幾乎沒有電流流過，器件也因此保持良好的關斷狀態(tài)，而當馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度達并超過臨界值時，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間會通過馬鞍形隧穿絕緣層7發(fā)生載流子的隧穿，馬鞍形隧穿絕緣層7會由于隧穿效應而產(chǎn)生明顯的隧穿電流，并且隧穿電流會隨著折疊柵電極8電勢的增大以極快的速度陡峭上升，這就使得馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8極短的電勢變化區(qū)間內(nèi)由高阻態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)；當馬鞍形隧穿絕緣層7處于低阻態(tài)，此時馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8和馬鞍形導電層6之間所形成的電阻要遠小于馬鞍形導電層6和發(fā)射極3之間所形成的電阻，這就使得折疊柵電極8和發(fā)射極9之間的電勢差幾乎完全降落在基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間，形成了足夠大的正偏電壓，并且在隧穿效應的作用下，在馬鞍形隧穿絕緣層7的內(nèi)壁和外壁之間產(chǎn)生大量電子移動，為基區(qū)4提供電流源，基區(qū)4電流經(jīng)發(fā)射區(qū)3增強后由集電極流出，此時器件處于開啟狀態(tài)。
[0020]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，對比于MOSFETs或TFETs器件，發(fā)射極9和源電極的作用相當，集電極10和漏電極的作用相當，由于折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6均內(nèi)嵌于基區(qū)4所形成的凹槽的內(nèi)部，折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6所共同形成的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極與發(fā)射極9和集電極10之間沒有形成類似于MOSFETs或TFETs器件柵電極和漏電極之間或柵電極與源電極之間的平行電容結(jié)構(gòu)，這就避免了如同MOSFETs或TFETs那樣由于柵電極和漏電極之間或柵電極和源電極之間的距離不斷縮小而導致的柵源、源柵、柵漏以及漏柵之間寄生電容的明顯增大，即對比MOSFETs或TFETs器件，在同尺寸工藝下，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低寄生電容的優(yōu)點。
[0021]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，由于內(nèi)嵌于基區(qū)4凹槽內(nèi)的折疊柵電極8與發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5之間不存在像MOSFETs或TFETs那樣的柵電極與漏電極之間或柵電極與源電極之間的重合區(qū)域，遠離發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5的折疊柵電極8的電勢變化不會對發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5產(chǎn)生足夠強的電場效應，也就不會導致發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5由于發(fā)生強烈的能帶彎曲而引發(fā)的帶間隧穿電流效應，因此對比MOSFETs或TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低反向泄漏電流的優(yōu)點。
[0022]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，利用馬鞍形隧穿絕緣層7阻抗與馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)電場強度之間極為敏感的相互關系，通過對馬鞍形隧穿絕緣層7選取適當?shù)乃淼澜^緣材料，并對構(gòu)成馬鞍形隧穿絕緣層7的側(cè)壁高度、側(cè)壁厚度、馬鞍形內(nèi)上表面厚度進行適當調(diào)節(jié)，就可以使馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8極小的電勢變化區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)高阻態(tài)和低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)更優(yōu)秀的開關特性。
[0023]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，所產(chǎn)生的絕緣隧穿電流通過馬鞍形導電層6流向基區(qū)4，并經(jīng)過發(fā)射區(qū)3進行信號增強，與普通TFETs只是利用少量的半導體帶間隧穿電流作為器件的導通電流相比，具有更好的正向電流導通特性，基于上述原因，對比于普通TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管可以實現(xiàn)更高的正向?qū)娏鳌?br>
[0024]優(yōu)點及效果
[0025]本發(fā)明具有如下優(yōu)點及有益效果:
[0026]1.低寄生電容特性
[0027]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，對比于MOSFETs或TFETs器件，發(fā)射極9和源電極的作用相當，集電極10和漏電極的作用相當，由于折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6均內(nèi)嵌于基區(qū)4所形成的凹槽的內(nèi)部，折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6所共同形成的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極與發(fā)射極9和集電極10之間沒有形成類似于MOSFETs或TFETs器件柵電極和漏電極之間或柵電極與源電極之間的平行電容結(jié)構(gòu)，這就避免了如同MOSFETs或TFETs那樣由于柵電極和漏電極之間或柵電極和源電極之間的距離不斷縮小而導致的柵源、源柵、柵漏以及漏柵之間寄生電容的明顯增大，即對比MOSFETs或TFETs器件，在同尺寸工藝下，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低寄生電容的優(yōu)點。
[0028]2.低反向泄漏電流
[0029]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，由于內(nèi)嵌于基區(qū)4凹槽內(nèi)的折疊柵電極8與發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5之間不存在像MOSFETs或TFETs那樣的柵電極與漏電極之間或柵電極與源電極之間的重合區(qū)域，遠離發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5的折疊柵電極8的電勢變化不會對發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5產(chǎn)生足夠強的電場效應，也就不會導致發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5由于發(fā)生強烈的能帶彎曲而引發(fā)的帶間隧穿電流效應，因此對比MOSFETs或TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低反向泄漏電流的優(yōu)點。
[0030]3.更好的開關特性
[0031]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，利用馬鞍形隧穿絕緣層7阻抗與馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)電場強度之間極為敏感的相互關系，通過對馬鞍形隧穿絕緣層7選取適當?shù)乃淼澜^緣材料，并對構(gòu)成馬鞍形隧穿絕緣層7的側(cè)壁高度、側(cè)壁厚度、馬鞍形內(nèi)上表面厚度進行適當調(diào)節(jié)，就可以使馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8極小的電勢變化區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)高阻態(tài)和低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)更優(yōu)秀的開關特性。
[0032]4.更好的正向?qū)ㄌ匦?br>
[0033]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，所產(chǎn)生的絕緣隧穿電流通過馬鞍形導電層6流向基區(qū)4，并經(jīng)過發(fā)射區(qū)3進行信號增強，與普通TFETs只是利用少量的半導體帶間隧穿電流作為器件的導通電流相比，具有更好的正向電流導通特性，基于上述原因，對比于普通TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管可以實現(xiàn)更高的正向?qū)娏鳌?br>
【專利附圖】
【附圖說明】
[0034]圖1為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10和阻擋絕緣層11之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035]圖2為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0036]圖3為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5、馬鞍形導電層6和馬鞍形隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0038]圖5為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、和折疊柵電極8之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0039]圖6為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5和折疊柵電極8之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0040]圖7為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5折疊柵電極8和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0041]圖8為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、折疊柵電極8和馬鞍形導隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖9為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5折疊柵電極8和馬鞍形導隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖10為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、折疊柵電極8、馬鞍形導隧穿絕緣層7和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖11是步驟一的俯視不意圖，
[0045]圖12是圖11沿切線A切割得到的剖面示意圖，
[0046]圖13是步驟二的俯視示意圖，
[0047]圖14是圖13沿切線A切割得到的步驟二的剖面示意圖，
[0048]圖15是步驟三的俯視示意圖，
[0049]圖16是圖15沿切線A切割得到的步驟三的剖面示意圖，
[0050]圖17是步驟四的俯視示意圖，
[0051]圖18是圖17沿切線A切割得到的步驟四的剖面示意圖，
[0052]圖19是步驟五的俯視示意圖，
[0053]圖20是圖19沿切線B切割得到的步驟五的剖面示意圖，
[0054]圖21是步驟六的俯視示意圖，
[0055]圖22是圖21沿切線B切割得到的步驟六的剖面示意圖，
[0056]圖23是步驟七的俯視示意圖，
[0057]圖24是圖23沿切線A切割得到的步驟七的剖面示意圖，
[0058]圖25是圖23沿切線B切割得到的步驟七的剖面示意圖，
[0059]圖26是步驟八的俯視示意圖，
[0060]圖27是圖26沿切線A切割得到的步驟八的剖面示意圖，
[0061]圖28是圖26沿切線B切割得到的步驟八的剖面示意圖，
[0062]圖29是步驟九的俯視示意圖，
[0063]圖30是圖29沿切線B切割得到的步驟九的剖面示意圖，
[0064]圖31是步驟十的俯視示意圖，
[0065]圖32是圖31沿切線B切割得到的步驟十的剖面示意圖，
[0066]圖33是步驟^^一的俯視示意圖，
[0067]圖34是圖33沿切線A切割得到的步驟^^一的剖面示意圖，
[0068]圖35是圖33沿切線B切割得到的步驟i^一的剖面示意圖，
[0069]圖36是步驟十二的俯視示意圖，
[0070]圖37是圖36沿切線A切割得到的步驟十二的剖面示意圖，
[0071]圖38是圖36沿切線B切割得到的步驟十二的剖面示意圖，
[0072]圖39是步驟十三的俯視示意圖，
[0073]圖40是圖39沿切線B切割得到的步驟十三的剖面示意圖，
[0074]圖41是步驟十四的俯視不意圖，
[0075]圖42是圖41沿切線B切割得到的步驟十四的剖面示意圖，
[0076]圖43是步驟十五的俯視示意圖，
[0077]圖44是圖43沿切線A切割得到的步驟十五的剖面示意圖，
[0078]圖45是圖43沿切線B切割得到的步驟十五的剖面示意圖，
[0079]圖46是步驟十六的俯視示意圖，
[0080]圖47是圖46沿切線A切割得到的步驟十六的剖面示意圖，
[0081]圖48是圖46沿切線B切割得到的步驟十六的剖面示意圖，
[0082]圖49是步驟十七的俯視不意圖，
[0083]圖50是圖49沿切線B切割得到的步驟十七的剖面示意圖，
[0084]圖51是步驟十八的俯視不意圖，
[0085]圖52是圖51沿切線B切割得到的步驟十八的剖面示意圖，
[0086]圖53是步驟十九的俯視示意圖，
[0087]圖54是圖53沿切線B切割得到的步驟十九的剖面示意圖，
[0088]圖55是步驟二十的俯視示意圖，
[0089]圖56是圖55沿切線B切割得到的步驟二十的剖面示意圖，
[0090]圖57是步驟二^^一的俯視示意圖，
[0091]圖58是圖57沿切線A切割得到的步驟二i^一的剖面示意圖，
[0092]圖59是圖57沿切線B切割得到的步驟二i^一的剖面示意圖。
[0093]圖60是步驟二十二的俯視示意圖，
[0094]圖61是圖60沿切線A切割得到的步驟二十二的剖面示意圖，
[0095]圖62是步驟二十三的俯視示意圖，
[0096]圖63是圖62沿切線A切割得到的步驟二十三的剖面示意圖。
[0097]附圖標記說明:
[0098]1、單晶硅襯底；2、晶圓絕緣層；3、發(fā)射區(qū)；4、基區(qū)；5、集電區(qū)；6、馬鞍形導電層；7、馬鞍形隧穿絕緣層；8、折疊柵電極；9、發(fā)射極；10、集電極；11、阻擋絕緣層。
【具體實施方式】
[0099]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的說明:圖1為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10和阻擋絕緣層11之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5、馬鞍形導電層6和馬鞍形隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、和折疊柵電極8之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5和折疊柵電極8之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5折疊柵電極8和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、折疊柵電極8和馬鞍形導隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4、集電區(qū)5折疊柵電極8和馬鞍形導隧穿絕緣層7之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為本發(fā)明內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管剝離了發(fā)射極9、集電極10、阻擋絕緣層11、折疊柵電極
8、馬鞍形導隧穿絕緣層7和馬鞍形導電層6之后的三維結(jié)構(gòu)示意圖；
[0100]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:采用包含單晶硅襯底1和晶圓絕緣層2的SOI晶圓作為生成器件的襯底；發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5位于SOI晶圓的晶圓絕緣層2的上方，基區(qū)4具有凹槽形結(jié)構(gòu)；位于發(fā)射區(qū)3與集電區(qū)5之間；發(fā)射極9位于發(fā)射區(qū)3的上方；集電極10位于集電區(qū)5的上方；馬鞍形導電層6附著于基區(qū)4凹槽內(nèi)壁和凹槽底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；馬鞍形隧穿絕緣層7附著于馬鞍形導電層6馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；折疊柵電極8附著于馬鞍形隧穿絕緣層7馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁；阻擋絕緣層11為絕緣介質(zhì)。
[0101]為達到本發(fā)明所述的器件功能，本發(fā)明提出一種內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其核心結(jié)構(gòu)特征為:
[0102]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8內(nèi)嵌于基區(qū)4凹槽內(nèi)，馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8的上表面不高于基區(qū)4凹槽兩端頂部上表面；
[0103]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8共同組成了內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極，當馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8的控制下發(fā)生隧穿時，電流從折疊柵電極8經(jīng)馬鞍形隧穿絕緣層7流動到馬鞍形導電層6，并為基區(qū)4供電。
[0104]馬鞍形導電層6、馬鞍形隧穿絕緣層7和折疊柵電極8均通過阻擋絕緣層11與發(fā)射區(qū)3、發(fā)射極9、集電區(qū)5和集電極10相互隔離；相鄰的發(fā)射區(qū)3與集電區(qū)5之間通過阻擋絕緣層11隔離，相鄰的發(fā)射極9與集電極10之間通過阻擋絕緣層11隔離。
[0105]馬鞍形導電層6與基區(qū)4形成歐姆接觸，馬鞍形導電層6是金屬材料，或者是同基區(qū)4具有相同雜質(zhì)類型的、且摻雜濃度大于1019每立方厘米的半導體材料。
[0106]馬鞍形隧穿絕緣層7為用于產(chǎn)生隧穿電流的絕緣材料層。
[0107]發(fā)射區(qū)3與基區(qū)4之間、集電區(qū)5與基區(qū)4之間具有相反雜質(zhì)類型，且發(fā)射區(qū)3與發(fā)射極9之間形成歐姆接觸，集電區(qū)5與集電極10之間形成歐姆接觸。
[0108]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，以N型為例，發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5分別為N區(qū)、P區(qū)和N區(qū)，其具體的工作原理為:當集電極10正偏，且折疊柵電極8處于低電位時，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間沒有形成足夠的電勢差，此時馬鞍形隧穿絕緣層7處于高阻狀態(tài)，與M0SFET的柵極絕緣層相似，沒有明顯隧穿電流通過，因此使得基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間無法形成足夠大的基區(qū)電流來驅(qū)動內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，即器件處于關斷狀態(tài)；隨著折疊柵電極8電壓的逐漸升高，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間的電勢差逐漸增大，使得位于折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間的馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度也隨之逐漸增大，當馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度位于臨界值以下時，馬鞍形隧穿絕緣層7始終保持良好的高阻狀態(tài)，折疊柵電極8和發(fā)射極9之間的電勢差幾乎完全降在馬鞍形隧穿絕緣層7的內(nèi)壁和外壁兩側(cè)之間，也就使得基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間的電勢差極小，因此基區(qū)幾乎沒有電流流過，器件也因此保持良好的關斷狀態(tài)，而當馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)的電場強度達并超過臨界值時，折疊柵電極8與馬鞍形導電層6之間會通過馬鞍形隧穿絕緣層7發(fā)生載流子的隧穿，馬鞍形隧穿絕緣層7會由于隧穿效應而產(chǎn)生明顯的隧穿電流，并且隧穿電流會隨著折疊柵電極8電勢的增大以極快的速度陡峭上升，這就使得馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8極短的電勢變化區(qū)間內(nèi)由高阻態(tài)迅速轉(zhuǎn)換為低阻態(tài)；當馬鞍形隧穿絕緣層7處于低阻態(tài)，此時馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8和馬鞍形導電層6之間所形成的電阻要遠小于馬鞍形導電層6和發(fā)射極3之間所形成的電阻，這就使得折疊柵電極8和發(fā)射極9之間的電勢差幾乎完全降落在基區(qū)4和發(fā)射區(qū)3之間，形成了足夠大的正偏電壓，并且在隧穿效應的作用下，在馬鞍形隧穿絕緣層7的內(nèi)壁和外壁之間產(chǎn)生大量電子移動，為基區(qū)4提供電流源，基區(qū)4電流經(jīng)發(fā)射區(qū)3增強后由集電極流出，此時器件處于開啟狀態(tài)。
[0109]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，對比于MOSFETs或TFETs器件，發(fā)射極9和源電極的作用相當，集電極10和漏電極的作用相當，由于折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6均內(nèi)嵌于基區(qū)4所形成的凹槽的內(nèi)部，折疊柵電極8、馬鞍形隧穿絕緣層7以及馬鞍形導電層6所共同形成的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極與發(fā)射極9和集電極10之間沒有形成類似于MOSFETs或TFETs器件柵電極和漏電極之間或柵電極與源電極之間的平行電容結(jié)構(gòu)，這就避免了如同MOSFETs或TFETs那樣由于柵電極和漏電極之間或柵電極和源電極之間的距離不斷縮小而導致的柵源、源柵、柵漏以及漏柵之間寄生電容的明顯增大，即對比MOSFETs或TFETs器件，在同尺寸工藝下，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低寄生電容的優(yōu)點。
[0110]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，由于內(nèi)嵌于基區(qū)4凹槽內(nèi)的折疊柵電極8與發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5之間不存在像MOSFETs或TFETs那樣的柵電極與漏電極之間或柵電極與源電極之間的重合區(qū)域，遠離發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5的折疊柵電極8的電勢變化不會對發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5產(chǎn)生足夠強的電場效應，也就不會導致發(fā)射區(qū)3或集電區(qū)5由于發(fā)生強烈的能帶彎曲而引發(fā)的帶間隧穿電流效應，因此對比MOSFETs或TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管具有低反向泄漏電流的優(yōu)點。
[0111]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，利用馬鞍形隧穿絕緣層7阻抗與馬鞍形隧穿絕緣層7內(nèi)電場強度之間極為敏感的相互關系，通過對馬鞍形隧穿絕緣層7選取適當?shù)乃淼澜^緣材料，并對構(gòu)成馬鞍形隧穿絕緣層7的側(cè)壁高度、側(cè)壁厚度、馬鞍形內(nèi)上表面厚度進行適當調(diào)節(jié)，就可以使馬鞍形隧穿絕緣層7在折疊柵電極8極小的電勢變化區(qū)間內(nèi)實現(xiàn)高阻態(tài)和低阻態(tài)之間的轉(zhuǎn)換，可以實現(xiàn)更優(yōu)秀的開關特性。
[0112]內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，所產(chǎn)生的絕緣隧穿電流通過馬鞍形導電層6流向基區(qū)4，并經(jīng)過發(fā)射區(qū)3進行信號增強，與普通TFETs只是利用少量的半導體帶間隧穿電流作為器件的導通電流相比，具有更好的正向電流導通特性，基于上述原因，對比于普通TFETs器件，內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管可以實現(xiàn)更高的正向?qū)娏鳌?br>
[0113]本發(fā)明所提出的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的單元及其陣列在SOI晶圓上的具體制造工藝步驟如下:
[0114]步驟一、如圖11至12所示，提供一個SOI晶圓，SOI晶圓的下方為SOI晶圓的單晶硅襯底1，S0I晶圓的中間為晶圓絕緣層2，通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶娃薄膜進行摻雜，初步形成基區(qū)4。
[0115]步驟二、如圖13至14所示，再次通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，在晶圓上表面形成與步驟一中的雜質(zhì)類型相反的、濃度不低于1019每立方厘米的重摻雜區(qū)。
[0116]步驟三、如圖15至16所示，通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶娃孤島隊列。
[0117]步驟四、如圖17至18所示，在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)后平坦化表面至露出單晶硅薄膜，初步形成阻擋絕緣層11。
[0118]步驟五、如圖19至20所示，進一步通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島陣列。
[0119]步驟六、如圖21至22所示，在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)后平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)3、基區(qū)4和集電區(qū)5，進一步形成阻擋絕緣層11。
[0120]步驟七、如圖23至25所示，通過刻蝕工藝，在基區(qū)4的中間部分刻蝕出凹槽。
[0121]步驟八、如圖26至28所不，在晶圓上方淀積金屬或具有和基區(qū)4相同雜質(zhì)類型的重摻雜的多晶硅，使步驟七中被刻蝕掉的基區(qū)4的中間部分所形成的凹槽完全被填充，平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)4、阻擋絕緣層11和基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端，初步形成馬鞍形導電層6。
[0122]步驟九、如圖29至30所示，通過刻蝕工藝，對晶圓表面基區(qū)兩側(cè)中間部分的阻擋絕緣層11進行刻蝕至露出晶圓絕緣層2。
[0123]步驟十、如圖31至32所示，在晶圓上方淀積金屬或具有和基區(qū)4相同雜質(zhì)類型的重摻雜的多晶硅，使步驟九中阻擋絕緣層11被刻蝕掉的部分被完全填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于形成馬鞍形導電層6以外的部分，露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5、阻擋絕緣層11和基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端，進一步形成馬鞍形導電層6。
[0124]步驟十一、如圖33至35所示，通過刻蝕工藝，對步驟十中所形成的馬鞍形導電層6的中間部分進行部分刻蝕，進一步形成馬鞍形導電層6。
[0125]步驟十二、如圖36至38所示，在晶圓上方淀積隧穿絕緣介質(zhì)，使步驟十一中馬鞍形導電層6被刻蝕掉部分被完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于形成馬鞍形隧穿絕緣層7以外的部分，露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5、阻擋絕緣層11、基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端和馬鞍形導電層6的頂部，初步形成馬鞍形隧穿絕緣層7。
[0126]步驟十三、如圖39至40所示，分別在位于基區(qū)兩側(cè)的馬鞍形導電層6的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層11進行刻蝕至露出晶圓絕緣層2。
[0127]步驟十四、如圖41至42所示，在晶圓上方淀積隧穿絕緣層介質(zhì)，使步驟十三中被刻蝕掉的阻擋絕緣層11完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成馬鞍形隧穿絕緣層7以外部分至露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5、阻擋絕緣層11、基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端和馬鞍形導電層6的頂部，進一步形成馬鞍形隧穿絕緣層7。
[0128]步驟十五、如圖43至45所示，通過刻蝕工藝，對步驟十中所形成的馬鞍形隧穿絕緣層7的中間部分進行部分刻蝕，進一步形成馬鞍形隧穿絕緣層7。
[0129]步驟十六、如圖46至48所示，在晶圓上方淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十五中馬鞍形隧穿絕緣層7被刻蝕掉部分完全被填充，平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)
5、阻擋絕緣層11、基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端、馬鞍形導電層6的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層7的頂部，初步形成折疊柵電極8 ;
[0130]步驟十七、如圖49至50所示，分別在位于基區(qū)兩側(cè)的馬鞍形隧穿絕緣層7的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層11進行刻蝕至露出晶圓絕緣層2。
[0131]步驟十八、如圖51至52所示，在晶圓上方淀積淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十七中被刻蝕掉的阻擋絕緣層11完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成折疊柵電極8以外部分至露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5、阻擋絕緣層11、基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端、馬鞍形導電層6的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層7的頂部，進一步形成折疊柵電極8。
[0132]步驟十九、如圖53至54所示，分別在位于基區(qū)兩側(cè)的折疊柵電極8的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層11進行部分刻蝕。
[0133]步驟二十、如圖55至56所示，在晶圓上方淀積淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十九中被刻蝕掉的阻擋絕緣層11完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成折疊柵電極8以外部分至露出發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5、阻擋絕緣層11、基區(qū)4鄰近發(fā)射區(qū)3、集電區(qū)5的兩端、馬鞍形導電層6的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層7的頂部，進一步形成折疊柵電極8用于連接器件單元之間的走線。
[0134]步驟二十一、如圖57至59所示，在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)，進一步形成阻擋絕緣層11 ο
[0135]步驟二十二、如圖60至61所示，通過刻蝕工藝刻蝕掉位于發(fā)射區(qū)3和集電區(qū)5的上方的阻擋絕緣層11，形成發(fā)射極9和集電極10的通孔。
[0136]步驟二十三、如圖62至63所示，在晶圓上方淀積金屬，使步驟十六中所形成的發(fā)射極9和集電極10的通孔被完全填充，并通過刻蝕工藝形成發(fā)射極9和集電極10。
【權利要求】
1.內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:采用包含單晶硅襯底(I)和晶圓絕緣層⑵的SOI晶圓作為生成器件的襯底；發(fā)射區(qū)(3)、基區(qū)(4)和集電區(qū)(5)位于SOI晶圓的晶圓絕緣層(2)的上方；基區(qū)(4)具有凹槽形結(jié)構(gòu)，位于發(fā)射區(qū)(3)與集電區(qū)(5)之間；發(fā)射極(9)位于發(fā)射區(qū)⑶的上方；集電極(10)位于集電區(qū)(5)的上方；馬鞍形導電層￠)附著于基區(qū)(4)凹槽內(nèi)壁和凹槽底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；馬鞍形隧穿絕緣層(7)附著于馬鞍形導電層(6)馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁，具有馬鞍形結(jié)構(gòu)；折疊柵電極(8)附著于馬鞍形隧穿絕緣層(7)馬鞍形內(nèi)壁和馬鞍形底部中間部分的上表面及兩側(cè)側(cè)壁；阻擋絕緣層(11)為絕緣介質(zhì)。
2.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:馬鞍形導電層(6)、馬鞍形隧穿絕緣層(7)和折疊柵電極(8)內(nèi)嵌于基區(qū)(4)凹槽內(nèi)，馬鞍形導電層出)、馬鞍形隧穿絕緣層(7)和折疊柵電極(8)的上表面不高于基區(qū)(4)凹槽兩端頂部上表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:馬鞍形導電層出)、馬鞍形隧穿絕緣層(7)和折疊柵電極(8)共同組成了內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的隧穿基極，當馬鞍形隧穿絕緣層(7)在折疊柵電極(8)的控制下發(fā)生隧穿時，電流從折疊柵電極(8)經(jīng)馬鞍形隧穿絕緣層(7)流動到馬鞍形導電層(6)，并為基區(qū)(4)供電。
4.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:馬鞍形導電層(6)、馬鞍形隧穿絕緣層(7)和折疊柵電極⑶均通過阻擋絕緣層(11)與發(fā)射區(qū)(3)、發(fā)射極(9)、集電區(qū)(5)和集電極(10)相互隔離；相鄰的發(fā)射區(qū)(3)與集電區(qū)(5)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離，相鄰的發(fā)射極(9)與集電極(10)之間通過阻擋絕緣層(11)隔離。
5.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:馬鞍形導電層(6)與基區(qū)(4)形成歐姆接觸，馬鞍形導電層(6)是金屬材料或者是同基區(qū)(4)具有相同雜質(zhì)類型的、且摻雜濃度大于119每立方厘米的半導體材料。
6.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:馬鞍形隧穿絕緣層(7)為用于產(chǎn)生隧穿電流的絕緣材料層。
7.根據(jù)權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管，其特征在于:發(fā)射區(qū)⑶與基區(qū)⑷之間、集電區(qū)(5)與基區(qū)⑷之間具有相反雜質(zhì)類型，且發(fā)射區(qū)(3)與發(fā)射極(9)之間形成歐姆接觸，集電區(qū)(5)與集電極(10)之間形成歐姆接觸。
8.一種如權利要求1所述的內(nèi)嵌折疊柵馬鞍形絕緣隧穿增強晶體管的單元及其陣列的制造方法，其特征在于:該工藝步驟如下: 步驟一、提供一個SOI晶圓，SOI晶圓的下方為SOI晶圓的單晶硅襯底(1)，SOI晶圓的中間為晶圓絕緣層(2)，通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，初步形成基區(qū)⑷； 步驟二、再次通過離子注入或擴散工藝，對SOI晶圓上方的單晶硅薄膜進行摻雜，在晶圓上表面形成與步驟一中的雜質(zhì)類型相反的、濃度不低于119每立方厘米的重摻雜區(qū)； 步驟三、通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島隊列；步驟四、在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)后平坦化表面至露出單晶硅薄膜，初步形成阻擋絕緣層(11); 步驟五、進一步通過光刻、刻蝕工藝在所提供的SOI晶圓上形成長方體狀單晶硅孤島陣列； 步驟六、在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)后平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)(3)、基區(qū)(4)和集電區(qū)(5)，進一步形成阻擋絕緣層(11); 步驟七、通過刻蝕工藝，在基區(qū)(4)的中間部分刻蝕出凹槽； 步驟八、在晶圓上方淀積金屬或具有和基區(qū)(4)相同雜質(zhì)類型的重摻雜的多晶硅，使步驟七中被刻蝕掉的基區(qū)(4)的中間部分所形成的凹槽完全被填充，平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(4)、阻擋絕緣層(11)和基區(qū)(4)鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端，初步形成馬鞍形導電層(6); 步驟九、通過刻蝕工藝，對晶圓表面基區(qū)兩側(cè)中間部分的阻擋絕緣層(11)進行刻蝕至露出晶圓絕緣層⑵； 步驟十、在晶圓上方淀積金屬或具有和基區(qū)(4)相同雜質(zhì)類型的重摻雜的多晶硅，使步驟九中阻擋絕緣層(11)被刻蝕掉的部分被完全填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于形成馬鞍形導電層(6)以外的部分，露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)和基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端，進一步形成馬鞍形導電層(6); 步驟十一、通過刻蝕工藝，對步驟十中所形成的馬鞍形導電層￠)的中間部分進行部分刻蝕，進一步形成馬鞍形導電層(6); 步驟十二、在晶圓上方淀積隧穿絕緣介質(zhì)，使步驟十一中馬鞍形導電層(6)被刻蝕掉部分被完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于形成馬鞍形隧穿絕緣層(7)以外的部分，露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)、基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端和馬鞍形導電層(6)的頂部，初步形成馬鞍形隧穿絕緣層(7); 步驟十三、分別在位于基區(qū)兩側(cè)的馬鞍形導電層(6)的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層(11)進行刻蝕至露出晶圓絕緣層(2); 步驟十四、在晶圓上方淀積隧穿絕緣層介質(zhì)，使步驟十三中被刻蝕掉的阻擋絕緣層(11)完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成馬鞍形隧穿絕緣層(7)以外部分至露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)、基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端和馬鞍形導電層(6)的頂部，進一步形成馬鞍形隧穿絕緣層(7); 步驟十五、通過刻蝕工藝，對步驟十中所形成的馬鞍形隧穿絕緣層(7)的中間部分進行部分刻蝕，進一步形成馬鞍形隧穿絕緣層(7);步驟十六、在晶圓上方淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十五中馬鞍形隧穿絕緣層(7)被刻蝕掉部分完全被填充，平坦化表面至露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)、基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端、馬鞍形導電層(6)的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層(7)的頂部，初步形成折疊柵電極(8); 步驟十七、分別在位于基區(qū)兩側(cè)的馬鞍形隧穿絕緣層(7)的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層(11)進行刻蝕至露出晶圓絕緣層(2); 步驟十八、在晶圓上方淀積淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十七中被刻蝕掉的阻擋絕緣層(11)完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成折疊柵電極(8)以外部分至露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)、基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端、馬鞍形導電層(6)的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層(7)的頂部，進一步形成折疊柵電極⑶； 步驟十九、分別在位于基區(qū)兩側(cè)的折疊柵電極(8)的遠離基區(qū)的一側(cè)對阻擋絕緣層(11)進行部分刻蝕； 步驟二十、在晶圓上方淀積淀積金屬或重摻雜的多晶硅，使步驟十九中被刻蝕掉的阻擋絕緣層(11)完全被填充，平坦化表面后再通過刻蝕工藝刻蝕掉用于生成折疊柵電極(8)以外部分至露出發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)、阻擋絕緣層(11)、基區(qū)⑷鄰近發(fā)射區(qū)(3)、集電區(qū)(5)的兩端、馬鞍形導電層(6)的頂部和馬鞍形隧穿絕緣層(7)的頂部，進一步形成折疊柵電極(8)用于連接器件單元之間的走線； 步驟二十一、在晶圓上方淀積絕緣介質(zhì)，進一步形成阻擋絕緣層(11); 步驟二十二、通過刻蝕工藝刻蝕掉位于發(fā)射區(qū)(3)和集電區(qū)(5)的上方的阻擋絕緣層(11)，形成發(fā)射極(9)和集電極(10)的通孔； 步驟二十三、在晶圓上方淀積金屬，使步驟十六中所形成的發(fā)射極(9)和集電極(10)的通孔被完全填充，并通過刻蝕工藝形成發(fā)射極(9)和集電極(10)。
【文檔編號】H01L21/28GK104465736SQ201410742995
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】靳曉詩, 吳美樂, 劉溪, 揣榮巖 申請人:沈陽工業(yè)大學