防击穿soi折叠栅绝缘隧穿双极晶体管及其制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，对比同尺寸MOSFETs或隧穿场效应晶体管，通过在集电结和发射结中引入低杂质浓度的击穿保护区以显著提升器件在深纳米尺度下的正反向防击穿能力；在基区两侧和上表面同时具有绝缘隧穿结构，在栅电极的控制作用下使绝缘隧穿效应同时发生在基区两侧和上表面，因此提升了隧穿电流的产生率；利用隧穿绝缘层阻抗与其内部场强间极为敏感的相互关系实现优秀的开关特性；通过发射极将隧穿信号增强实现了优秀的正向导通特性；另外本发明还提出了一种防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管单元及其阵列的具体制造方法。该晶体管显著改善了纳米级集成电路单元的工作特性，适用于推广应用。
【专利说明】防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管及其制造方法
【技术领域】
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[0001]本发明涉及超大规模集成电路制造领域，涉及一种适用于高性能超高集成度集成电路制造的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的结构，防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管阵列的具体制造方法。
【背景技术】
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[0002]当前，随着集成度的不断提升，集成电路单元金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)器件的源电极与沟道之间或漏电极与沟道之间在几个纳米之内形成了陡峭突变PN结，当漏源电压较大时，这种陡峭的突变PN结会发生击穿效应，从而使器件失效，随着器件尺寸的不断缩减，这种击穿效应日趋明显。另外，沟道长度的不断缩短导致了 MOSFETs器件亚阈值摆幅的增大，因此带来了开关特性的严重劣化和静态功耗的明显增加。虽然通过改善栅电极结构的方式可使这种器件性能的退化有所缓解，但当器件尺寸进一步缩减至20纳米以下时，即便采用最优化的栅电极结构，器件的亚阈值摆幅也同样会随着器件沟道长度的进一步减小而增加，从而导致了器件性能的再次恶化。
[0003]隧穿场效应晶体管(TFETs)，对比于MOSFETs器件，虽然其平均亚阈值摆幅有所提升，然而其正向导通电流过小，虽然通过引入化合物半导体、锗化硅或锗等禁带宽度更窄的材料来生成为隧穿场效应晶体管的隧穿部分可增大隧穿几率以提升转移特性，但增加了工艺难度。此外，采用高介电常数绝缘材料作为栅极与衬底之间的绝缘介质层，虽然能够改善栅极对沟道电场分布的控制能力，却不能从本质上提高硅材料的隧穿几率，因此对于隧穿场效应晶体管的转移特性改善很有限。
【发明内容】
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[0004]发明目的
[0005]为在兼容现有基于硅工艺技术的前提下显著提升亚20纳米级器件防止击穿的能力；显著提升纳米级集成电路基本单元器件的开关特性；确保器件在提升开关特性的同时具有良好的正向电流导通特性，本发明提供一种适用于高性能、高集成度集成电路制造的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的结构及其单元和阵列的制造方法。
[0006]技术方案
[0007]本发明是通过以下技术方案来实现的:
[0008]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:采用包含单晶硅衬底I和晶圆绝缘层2的SOI晶圆作为生成器件的衬底；发射区3、基区4、集电区5和击穿保护区12位于SOI晶圆的晶圆绝缘层2的上方，基区4和击穿保护区12位于发射区3与集电区5之间，击穿保护区12位于基区4的两侧；发射极9位于发射区3的上方；集电极10位于集电区5的上方；折叠导电层6对基区4的上表面和两侧形成三面包围；折叠隧穿绝缘层7对折叠导电层6的上表面和两侧形成三面包围；折叠栅电极8对折叠隧穿绝缘层7的上表面和两侧形成三面包围；阻挡绝缘层11为绝缘介质。
[0009]为达到本发明所述的器件功能，本发明提出一种防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其核心结构特征为:
[0010]击穿保护区12的杂质浓度低于116每立方厘米。
[0011 ] 基区4的杂质浓度不低于117每立方厘米，基区4两侧和上表面与折叠导电层6相接触并形成欧姆接触。
[0012]发射区3与基区4之间、集电区5与基区4之间具有相反杂质类型，且发射区3与发射极9之间形成欧姆接触，集电区3与集电极10之间形成欧姆接触。
[0013]折叠导电层6是金属材料或者是同基区4具有相同杂质类型的、且掺杂浓度大于119每立方厘米的半导体材料。
[0014]折叠隧穿绝缘层7为用于产生隧穿电流的绝缘材料层。
[0015]折叠导电层6、折叠隧穿绝缘层7和折叠栅电极8均通过阻挡绝缘层11与发射区
3、发射极9、集电区5和集电极10相互隔离；相邻的发射区3与集电区5之间通过阻挡绝缘层11隔离，相邻的发射极9与集电极10之间通过阻挡绝缘层11隔离。
[0016]折叠导电层6、折叠隧穿绝缘层7和折叠栅电极8共同组成了防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的隧穿基极，当折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8的控制下发生隧穿时，电流从折叠栅电极8经折叠隧穿绝缘层7流动到折叠导电层6，并为基区4供电。
[0017]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，以N型为例，发射区3、基区4和集电区5分别为N区、P区和N区，其具体的工作原理为:当集电极10正偏，且折叠栅电极8处于低电位时，折叠栅电极8与折叠导电层6之间没有形成足够的电势差，此时折叠隧穿绝缘层7处于高阻状态，与MOSFET的栅极绝缘层相似，没有明显隧穿电流通过，因此使得基区4和发射区3之间无法形成足够大的基区电流来驱动防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，即器件处于关断状态；随着折叠栅电极8电压的逐渐升高，折叠栅电极8与折叠导电层6之间的电势差逐渐增大，使得位于折叠栅电极8与折叠导电层6之间的折叠隧穿绝缘层7内的电场强度也随之逐渐增大，当折叠隧穿绝缘层7内的电场强度位于临界值以下时，折叠隧穿绝缘层7始终保持良好的高阻状态，折叠栅电极8和发射极9之间的电势差几乎完全降在折叠隧穿绝缘层7的内壁和外壁两侧之间，也就使得基区4和发射区3之间的电势差极小，因此基区几乎没有电流流过，器件也因此保持良好的关断状态，而当折叠隧穿绝缘层7内的电场强度达并超过临界值时，折叠栅电极8与折叠导电层6之间会通过折叠隧穿绝缘层7发生载流子的隧穿，折叠隧穿绝缘层7会由于隧穿效应而产生明显的隧穿电流，并且隧穿电流会随着折叠栅电极8电势的增大以极快的速度陡峭上升，这就使得折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8极短的电势变化区间内由高阻态迅速转换为低阻态；当折叠隧穿绝缘层7处于低阻态，此时折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8和折叠导电层6之间所形成的电阻要远小于折叠导电层6和发射极3之间所形成的电阻，这就使得折叠栅电极8和发射极9之间的电势差几乎完全降落在基区4和发射区3之间，形成了足够大的正偏电压，并且在隧穿效应的作用下，在折叠隧穿绝缘层7的内壁和外壁之间产生大量电子移动，即为基区4提供电流源，因此使得基区4和发射区3之间形成了足够大的基区电流来驱动防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，即器件处于开启状态。
[0018]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，通过击穿保护区12防止器件的正反向击穿。以N型器件为例，当集电极10相对于发射极9正偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和集电区5所组成的集电结处于反偏状态，位于基区4和集电区5之间的击穿保护区12对于反偏的集电结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的正向耐压能力；当集电极10相对于发射极9反偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和发射区3所组成的发射结处于反偏状态，位于基区4和发射区3之间的击穿保护区12对于反偏的发射结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的反向耐压能力；
[0019]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，在基区4的两侧和上表面同时具有绝缘隧穿结构，在折叠栅电极8的控制作用下使绝缘隧穿效应同时发生在基区两侧和上表面，因此大幅提升了隧穿电流的产生率。
[0020]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，利用折叠隧穿绝缘层7阻抗与隧穿绝缘层内电场强度之间极为敏感的相互关系，通过对折叠隧穿绝缘层7选取适当的隧道绝缘材料，并对折叠隧穿绝缘层7的侧壁高度、侧壁厚度、顶部厚度进行适当调节，就可以使折叠隧穿绝缘层7在极小的栅电极电势变化区间内实现高阻态和低阻态之间的转换，使器件的开关特性大幅提升。
[0021]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，栅绝缘隧穿电流通过折叠导电层6流向基区4，并经过发射区3进行信号增强，与普通TFETs只是利用少量的半导体带间隧穿电流作为器件的导通电流相比，具有更好的正向电流导通特性，基于上述原因，对比于普通TFETs器件，防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管管可以实现更高的正向导通电流。
[0022]优点及效果
[0023]本发明具有如下优点及有益效果:
[0024]1.放击穿功能
[0025]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，通过击穿保护区12防止器件的正反向击穿。以N型器件为例，当集电极10相对于发射极9正偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和集电区5所组成的集电结处于反偏状态，位于基区4和集电区5之间的击穿保护区12对于反偏的集电结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的正向耐压能力；当集电极10相对于发射极9反偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和发射区3所组成的发射结处于反偏状态，位于基区4和发射区3之间的击穿保护区12对于反偏的发射结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的反向耐压能力；
[0026]2.高隧穿电流产生率
[0027]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，在基区4的两侧和上表面同时具有绝缘隧穿结构，在折叠栅电极8的控制作用下使绝缘隧穿效应同时发生在基区两侧和上表面，因此大幅提升了隧穿电流的产生率。
[0028]2.开关特性显著提升
[0029]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，利用折叠隧穿绝缘层7阻抗与隧穿绝缘层内电场强度之间极为敏感的相互关系，通过对折叠隧穿绝缘层7选取适当的隧道绝缘材料，并对折叠隧穿绝缘层7的侧壁高度、侧壁厚度、顶部厚度进行适当调节，就可以使折叠隧穿绝缘层7在极小的栅电极电势变化区间内实现高阻态和低阻态之间的转换，使器件的开关特性大幅提升。
[0030]3.正向导通能力的提升
[0031]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，栅绝缘隧穿电流通过折叠导电层6流向基区4，并经过发射区3进行信号增强，与普通TFETs只是利用少量的半导体带间隧穿电流作为器件的导通电流相比，具有更好的正向电流导通特性，基于上述原因，对比于普通TFETs器件，防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管管可以实现更高的正向导通电流。
【专利附图】
【附图说明】
[0032]图1为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管在SOI衬底上形成的三维结构示意图；
[0033]图2为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了阻挡绝缘层11后的三维结构示意图；
[0034]图3为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10和阻挡绝缘层11之后的三维结构示意图；
[0035]图4为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11和折叠栅电极8之后的三维结构示意图；
[0036]图5为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11、折叠栅电极8和折叠隧穿绝缘层7之后的三维结构示意图；
[0037]图6为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11、折叠栅电极8、折叠隧穿绝缘层7和折叠导电层6之后的三维结构示意图；
[0038]图7为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管沿图1中A平面切割后得到的二维剖面图；
[0039]图8为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管沿图1中B平面切割后得到的二维剖面图；
[0040]图9是步骤一的俯视示意图，
[0041]图10是图9沿切线A切割得到的剖面示意图，
[0042]图11是步骤二的俯视示意图，
[0043]图12是图11沿切线A切割得到的步骤二的剖面示意图，
[0044]图13是步骤二的俯视不意图，
[0045]图14是图13沿切线A切割得到的步骤三的剖面示意图，
[0046]图15是步骤四的俯视示意图，
[0047]图16是图15沿切线A切割得到的步骤四的剖面示意图，
[0048]图17是步骤五的俯视示意图，
[0049]图18是图17沿切线B切割得到的步骤五的剖面示意图，
[0050]图19是步骤六的俯视示意图，
[0051]图20是图19沿切线B切割得到的步骤六的剖面示意图，
[0052]图21是步骤七的俯视示意图，
[0053]图22是图21沿切线B切割得到的步骤七的剖面示意图，
[0054]图23是步骤八的俯视示意图，
[0055]图24是图23沿切线A切割得到的步骤八的剖面示意图，
[0056]图25是图23沿切线B切割得到的步骤八的剖面示意图，
[0057]图26是步骤九的俯视示意图，
[0058]图27是图26沿切线A切割得到的步骤九的剖面示意图，
[0059]图28是图26沿切线B切割得到的步骤九的剖面示意图，
[0060]图29是步骤十的俯视示意图，
[0061]图30是图29沿切线A切割得到的步骤十的剖面示意图，
[0062]图31是图29沿切线B切割得到的步骤十的剖面示意图，
[0063]图32是步骤i^一的俯视示意图，
[0064]图33是图32沿切线A切割得到的步骤i^一的剖面示意图，
[0065]图34是图32沿切线B切割得到的步骤i^一的剖面示意图，
[0066]图35是步骤十二的俯视示意图，
[0067]图36是图35沿切线A切割得到的步骤十二的剖面示意图，
[0068]图37是图35沿切线B切割得到的步骤十二的剖面示意图，
[0069]图38是步骤十二的俯视不意图，
[0070]图39是图38沿切线A切割得到的步骤十三的剖面示意图，
[0071]图40是图38沿切线B切割得到的步骤十三的剖面示意图，
[0072]图41是步骤十四的俯视示意图，
[0073]图42是图41沿切线A切割得到的步骤十四的剖面示意图，
[0074]图43是图41沿切线B切割得到的步骤十四的剖面示意图，
[0075]图44是步骤十五的俯视示意图，
[0076]图45是图44沿切线A切割得到的步骤十五的剖面示意图，
[0077]图46是图44沿切线B切割得到的步骤十五的剖面示意图，
[0078]图47是步骤十六的俯视示意图，
[0079]图48是图47沿切线A切割得到的步骤十六的剖面示意图，
[0080]图49是步骤十七的俯视示意图，
[0081]图50是图49沿切线A切割得到的步骤十七的剖面示意图。
[0082]附图标记说明:
[0083]1、单晶娃衬底；2、晶圆绝缘层；3、发射区；4、基区；5、集电区；6、折置导电层；7、折叠隧穿绝缘层；8、折叠栅电极；9、发射极；10、集电极；11、阻挡绝缘层；12、击穿保护区。
【具体实施方式】
[0084]下面结合附图对本发明做进一步的说明:图1为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管在SOI衬底上形成的三维结构示意图；图2为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了阻挡绝缘层11后的三维结构示意图；图3为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10和阻挡绝缘层11之后的三维结构示意图；图4为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11和折叠栅电极8之后的三维结构示意图；图5为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11、折叠栅电极8和折叠隧穿绝缘层7之后的三维结构示意图；图6为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管剥离了发射极9、集电极10、阻挡绝缘层11、折叠栅电极8、折叠隧穿绝缘层7和折叠导电层6之后的三维结构示意图；图7为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管沿图1中A平面切割后得到的二维剖面图；图8为本发明防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管沿图1中B平面切割后得到的二维剖面图；
[0085]具体包括单晶硅衬底I ;晶圆绝缘层2 ;发射区3 ;基区4 ;集电区5 ;折叠导电层6 ;折叠隧穿绝缘层7 ;折叠栅电极8 ;发射极9 ;集电极10 ;阻挡绝缘层11 ;击穿保护区12。
[0086]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:采用包含单晶硅衬底I和晶圆绝缘层2的SOI晶圆作为生成器件的衬底；发射区3、基区4、集电区5和击穿保护区12位于SOI晶圆的晶圆绝缘层2的上方，基区4和击穿保护区12位于发射区3与集电区5之间，击穿保护区12位于基区4的两侧；发射极9位于发射区3的上方；集电极10位于集电区5的上方；折叠导电层6对基区4的上表面和两侧形成三面包围；折叠隧穿绝缘层7对折叠导电层6的上表面和两侧形成三面包围；折叠栅电极8对折叠隧穿绝缘层7的上表面和两侧形成三面包围；阻挡绝缘层11为绝缘介质。
[0087]为达到本发明所述的器件功能，本发明提出一种防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其核心结构特征为:
[0088]击穿保护区12的杂质浓度低于116每立方厘米。
[0089]基区4的杂质浓度不低于117每立方厘米，基区4两侧和上表面与折叠导电层6相接触并形成欧姆接触。
[0090]发射区3与基区4之间、集电区5与基区4之间具有相反杂质类型，且发射区3与发射极9之间形成欧姆接触，集电区3与集电极10之间形成欧姆接触。
[0091]折叠导电层6是金属材料或者是同基区4具有相同杂质类型的、且掺杂浓度大于119每立方厘米的半导体材料。
[0092]折叠隧穿绝缘层7为用于产生隧穿电流的绝缘材料层；
[0093]折叠导电层6、折叠隧穿绝缘层7和折叠栅电极8均通过阻挡绝缘层11与发射区
3、发射极9、集电区5和集电极10相互隔离。
[0094]折叠导电层6、折叠隧穿绝缘层7和折叠栅电极8共同组成了防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的隧穿基极，当折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8的控制下发生隧穿时，电流从折叠栅电极8经折叠隧穿绝缘层7流动到折叠导电层6，并为基区4供电。
[0095]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，以N型为例，发射区3、基区4和集电区5分别为N区、P区和N区，其具体的工作原理为:当集电极10正偏，且折叠栅电极8处于低电位时，折叠栅电极8与折叠导电层6之间没有形成足够的电势差，此时折叠隧穿绝缘层7处于高阻状态，与MOSFET的栅极绝缘层相似，没有明显隧穿电流通过，因此使得基区4和发射区3之间无法形成足够大的基区电流来驱动防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，即器件处于关断状态；随着折叠栅电极8电压的逐渐升高，折叠栅电极8与折叠导电层6之间的电势差逐渐增大，使得位于折叠栅电极8与折叠导电层6之间的折叠隧穿绝缘层7内的电场强度也随之逐渐增大，当折叠隧穿绝缘层7内的电场强度位于临界值以下时，折叠隧穿绝缘层7始终保持良好的高阻状态，折叠栅电极8和发射极9之间的电势差几乎完全降在折叠隧穿绝缘层7的内壁和外壁两侧之间，也就使得基区4和发射区3之间的电势差极小，因此基区几乎没有电流流过，器件也因此保持良好的关断状态，而当折叠隧穿绝缘层7内的电场强度达并超过临界值时，折叠栅电极8与折叠导电层6之间会通过折叠隧穿绝缘层7发生载流子的隧穿，折叠隧穿绝缘层7会由于隧穿效应而产生明显的隧穿电流，并且隧穿电流会随着折叠栅电极8电势的增大以极快的速度陡峭上升，这就使得折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8极短的电势变化区间内由高阻态迅速转换为低阻态；当折叠隧穿绝缘层7处于低阻态，此时折叠隧穿绝缘层7在折叠栅电极8和折叠导电层6之间所形成的电阻要远小于折叠导电层6和发射极3之间所形成的电阻，这就使得折叠栅电极8和发射极9之间的电势差几乎完全降落在基区4和发射区3之间，形成了足够大的正偏电压，并且在隧穿效应的作用下，在折叠隧穿绝缘层7的内壁和外壁之间产生大量电子移动，即为基区4提供电流源，因此使得基区4和发射区3之间形成了足够大的基区电流来驱动防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，即器件处于开启状态。
[0096]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，通过击穿保护区12防止器件的正反向击穿。以N型器件为例，当集电极10相对于发射极9正偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和集电区5所组成的集电结处于反偏状态，位于基区4和集电区5之间的击穿保护区12对于反偏的集电结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的正向耐压能力；当集电极10相对于发射极9反偏时，由折叠导电层6、基区4、击穿保护区12和发射区3所组成的发射结处于反偏状态，位于基区4和发射区3之间的击穿保护区12对于反偏的发射结具有抗击穿保护作用，因此可显著提升器件的反向耐压能力；
[0097]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，在基区4的两侧和上表面同时具有绝缘隧穿结构，在折叠栅电极8的控制作用下使绝缘隧穿效应同时发生在基区两侧和上表面，因此大幅提升了隧穿电流的产生率。
[0098]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，利用折叠隧穿绝缘层7阻抗与隧穿绝缘层内电场强度之间极为敏感的相互关系，通过对折叠隧穿绝缘层7选取适当的隧道绝缘材料，并对折叠隧穿绝缘层7的侧壁高度、侧壁厚度、顶部厚度进行适当调节，就可以使折叠隧穿绝缘层7在极小的栅电极电势变化区间内实现高阻态和低阻态之间的转换，使器件的开关特性大幅提升。
[0099]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，栅绝缘隧穿电流通过折叠导电层6流向基区4，并经过发射区3进行信号增强，与普通TFETs只是利用少量的半导体带间隧穿电流作为器件的导通电流相比，具有更好的正向电流导通特性，基于上述原因，对比于普通TFETs器件，防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管管可以实现更高的正向导通电流。
[0100]本发明所提出的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管阵列在SOI晶圆上的具体制造工艺步骤如下:
[0101]步骤一、如图9至图10所示，提供一个SOI晶圆，SOI晶圆的下方为SOI晶圆的单晶硅衬底1，S0I晶圆的中间为晶圆绝缘层2，通过离子注入或扩散工艺，对SOI晶圆上方的单晶硅薄膜进行掺杂，初步形成基区4。
[0102]步骤二、如图11至图12所示，再次通过离子注入或扩散工艺，对SOI晶圆上方的单晶硅薄膜进行掺杂，在步骤一所形成的基区4的两侧形成与步骤一中的杂质类型相反的、浓度不低于119每立方厘米的重掺杂区，该重掺杂区用于进一步形成发射区3和集电区5，该重掺杂区与基区之间留有未经掺杂的区域，该未经掺杂的区域用于形成击穿保护区12。
[0103]步骤三、如图13至图14所示，通过光刻、刻蚀工艺在所提供的SOI晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛队列，使每一个单元内依次排列有发射区3、击穿保护区12、基区4、击穿保护区12和集电区5。
[0104]步骤四、如图15至图16所示，在晶圆上方淀积绝缘介质后平坦化表面至露出发射区3、基区4、集电区5和击穿保护区12，初步形成阻挡绝缘层11。
[0105]步骤五、如图17至图18所示，进一步通过光刻、刻蚀工艺在所提供的SOI晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛阵列，使步骤三所形成的每一个单晶硅孤岛队列分割为多个彼此独立的单元。
[0106]步骤六、如图19至图20所示，在晶圆上方淀积绝缘介质，使步骤五中被刻蚀掉的部分充分被填充，并平坦化表面至露出发射区3、基区4、集电区5和击穿保护区12，进一步形成阻挡绝缘层11。
[0107]步骤七、如图21至图22所示，通过刻蚀工艺，对晶圆表面每个单元的基区4两侧的阻挡绝缘层11进行刻蚀至露出晶圆绝缘层2。
[0108]步骤八、如图23至图25所不，在晶圆上方淀积金属或具有和基区4相同杂质类型的重掺杂的多晶硅，使步骤七中被刻蚀掉的阻挡绝缘层11完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠导电层6以外的部分，露出发射区3、集电区5、阻挡绝缘层11和基区4邻近发射区3、集电区5的两端，形成折叠导电层6。
[0109]步骤九、如图26至图28所示，在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出折叠导电层6的上表面，再通过刻蚀工艺分别在基区两侧的隧穿绝缘层7的远离基区的一侧对阻挡绝缘层11进行刻蚀至露出晶圆绝缘层2。
[0110]步骤十、如图29至图31所示，在晶圆上方淀积隧穿绝缘层介质，使步骤九中被刻蚀掉的阻挡绝缘层11完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠隧穿绝缘层7以外部分至露出阻挡绝缘层11，形成折叠隧穿绝缘层7。
[0111]步骤十一、如图32至图34所示，分别在基区两侧的折叠隧穿绝缘层7的远离基区的一侧对阻挡绝缘层11进行刻蚀至露出晶圆绝缘层2。
[0112]步骤十二、如图35至图37所示，在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十一中被刻蚀掉的阻挡绝缘层11被完全填充；平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠栅电极8以外部分至露出阻挡绝缘层11，初步形成折叠栅电极8。
[0113]步骤十三、如图38至图40所示，在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出步骤十二当中形成的折叠栅电极8的上表面。
[0114]步骤十四、如图41至图43所示，在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，并刻蚀掉用于形成器件单元之间走线部分以外的部分，进一步形成折叠栅电极8。
[0115]步骤十五、如图44至图46所示,在晶圆上方淀积绝缘介质,将表面平坦化。
[0116]步骤十六、如图47至图48所示，通过刻蚀工艺刻蚀掉位于发射区3和集电区5的上方的阻挡绝缘层11，形成发射极9和集电极10的通孔。
[0117]步骤十七、如图49至图50所示，在晶圆上方淀积金属，使步骤十六中所形成的发射极9和集电极10的通孔被完全填充，并通过刻蚀工艺形成发射极9和集电极10。
【权利要求】
1.防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:采用包含单晶硅衬底(1)和晶圆绝缘层(2)的301晶圆作为生成器件的衬底；发射区(3)、基区(4)、集电区(5)和击穿保护区(12)位于301晶圆的晶圆绝缘层⑵的上方，基区⑷和击穿保护区(12)位于发射区⑶与集电区⑶之间，击穿保护区(12)位于基区⑷的两侧；发射极(9)位于发射区⑶的上方；集电极(10)位于集电区(5)的上方；折叠导电层(6)对基区⑷的上表面和两侧形成三面包围；折叠隧穿绝缘层(7)对折叠导电层￠)的上表面和两侧形成三面包围；折叠栅电极(8)对折叠隧穿绝缘层(7)的上表面和两侧形成三面包围；阻挡绝缘层(11)为绝缘介质。
2.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:击穿保护区(12)的杂质浓度低于1016每立方厘米。
3.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:基区(4)的杂质浓度不低于1017每立方厘米，基区(4)两侧和上表面与折叠导电层(6)相接触并形成欧姆接触。
4.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:发射区⑶与基区⑷之间、集电区⑶与基区⑷之间具有相反杂质类型，且发射区⑶与发射极⑶之间形成欧姆接触，集电区⑶与集电极(10)之间形成欧姆接触。
5.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:折叠导电层(6)是金属材料或者是同基区(4)具有相同杂质类型的、且掺杂浓度大于1019每立方厘米的半导体材料。
6.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:折叠隧穿绝缘层(7)为用于产生隧穿电流的绝缘材料层。
7.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:折叠导电层(6)、折叠隧穿绝缘层⑵和折叠栅电极⑶均通过阻挡绝缘层(11)与发射区(3)、发射极⑶、集电区(5)和集电极(10)相互隔离；相邻的发射区⑶与集电区(5)之间通过阻挡绝缘层(11)隔离，相邻的发射极(9)与集电极(10)之间通过阻挡绝缘层(11)隔离。
8.根据权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于:折叠导电层(6)、折叠隧穿绝缘层(7)和折叠栅电极(8)共同组成了防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的隧穿基极，当折叠隧穿绝缘层(7)在折叠栅电极(8)的控制下发生隧穿时，电流从折叠栅电极(8)经折叠隧穿绝缘层(7)流动到折叠导电层(6),并为基区(4)供电。
9.一种如权利要求1所述的防击穿301折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的单元及其阵列的制造方法，其特征在于:该工艺步骤如下: 步骤一、提供一个301晶圆，301晶圆的下方为301晶圆的单晶硅衬底(1), 801晶圆的中间为晶圆绝缘层(2),通过离子注入或扩散工艺，对301晶圆上方的单晶硅薄膜进行掺杂，初步形成基区⑷； 步骤二、再次通过离子注入或扩散工艺，对301晶圆上方的单晶硅薄膜进行掺杂，在步骤一所形成的基区(4)的两侧形成与步骤一中的杂质类型相反的、浓度不低于1019每立方厘米的重掺杂区，该重掺杂区用于进一步形成发射区(3)和集电区(5),该重掺杂区与基区之间留有未经掺杂的区域，该未经掺杂的区域用于形成击穿保护区(12)； 步骤三、通过光刻、刻蚀工艺在所提供的301晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛队列，使每一个单元内依次排列有发射区(3)、击穿保护区(12)、基区(4)、击穿保护区(12)和集电区⑶； 步骤四、在晶圆上方淀积绝缘介质后平坦化表面至露出发射区(3)、基区(4)、集电区(5)和击穿保护区(12),初步形成阻挡绝缘层(11)； 步骤五、进一步通过光刻、刻蚀工艺在所提供的301晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛阵列，使步骤三所形成的每一个单晶硅孤岛队列分割为多个彼此独立的单元；步骤六、在晶圆上方淀积绝缘介质，使步骤五中被刻蚀掉的部分充分被填充，并平坦化表面至露出发射区(3)、基区(4)、集电区(5)和击穿保护区(12),进一步形成阻挡绝缘层(11)； 步骤七、通过刻蚀工艺，对晶圆表面每个单元的基区(4)两侧的阻挡绝缘层(11)进行刻蚀至露出晶圆绝缘层(2)； 步骤八、在晶圆上方淀积金属或具有和基区(4)相同杂质类型的重掺杂的多晶硅，使步骤七中被刻蚀掉的阻挡绝缘层(11)完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠导电层(6)以外的部分，露出发射区(3).集电区巧)、阻挡绝缘层(11)和基区⑷邻近发射区(3)、集电区(5)的两端，形成折叠导电层(6)； 步骤九、在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出折叠导电层￠)的上表面，再通过刻蚀工艺分别在基区两侧的隧穿绝缘层(7)的远离基区的一侧对阻挡绝缘层(11)进行刻蚀至露出晶圆绝缘层(2)； 步骤十、在晶圆上方淀积隧穿绝缘层介质，使步骤九中被刻蚀掉的阻挡绝缘层(11)完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠隧穿绝缘层(7)以外部分至露出阻挡绝缘层(11),形成折叠隧穿绝缘层(7)； 步骤十一、分别在基区两侧的折叠隧穿绝缘层(7)的远离基区的一侧对阻挡绝缘层(11)进行刻蚀至露出晶圆绝缘层(2)； 步骤十二、在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十一中被刻蚀掉的阻挡绝缘层(11)被完全填充；平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠栅电极(8)以外部分至露出阻挡绝缘层(11),初步形成折叠栅电极(8)； 步骤十三、在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出步骤十二当中形成的折叠栅电极⑶的上表面； 步骤十四、在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，并刻蚀掉用于形成器件单元之间走线部分以外的部分，进一步形成折叠栅电极(8)； 步骤十五、在晶圆上方淀积绝缘介质，将表面平坦化； 步骤十六、通过刻蚀工艺刻蚀掉位于发射区(3)和集电区(5)的上方的阻挡绝缘层(11),形成发射极(9)和集电极(10)的通孔； 步骤十七、在晶圆上方淀积金属，使步骤十六中所形成的发射极(9)和集电极(10)的通孔被完全填充，并通过刻蚀工艺形成发射极(9)和集电极(10)。
【文档编号】H01L29/10GK104409488SQ201410747246
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月8日 优先权日:2014年12月8日
【发明者】靳晓诗, 吴美乐, 刘溪, 揣荣岩 申请人:沈阳工业大学