[发明专利]内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管及其制造方法

权利要求书

1.内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：采用包含单晶硅衬底(1)和晶圆绝缘层(2)的SOI晶圆作为生成器件的衬底；发射区(3)、基区(4)和集电区(5)位于SOI晶圆的晶圆绝缘层(2)的上方；基区(4)具有凹槽形结构，位于发射区(3)与集电区(5)之间；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；马鞍形导电层(6)附着于基区(4)凹槽内壁和凹槽底部中间部分的上表面及两侧侧壁，具有马鞍形结构；马鞍形隧穿绝缘层(7)附着于马鞍形导电层(6)马鞍形内壁和马鞍形底部中间部分的上表面及两侧侧壁，具有马鞍形结构；折叠栅电极(8)附着于马鞍形隧穿绝缘层(7)马鞍形内壁和马鞍形底部中间部分的上表面及两侧侧壁；阻挡绝缘层(11)为绝缘介质。

2.根据权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：马鞍形导电层(6)、马鞍形隧穿绝缘层(7)和折叠栅电极(8)内嵌于基区(4)凹槽内，马鞍形导电层(6)、马鞍形隧穿绝缘层(7)和折叠栅电极(8)的上表面不高于基区(4)凹槽两端顶部上表面。

3.根据权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：马鞍形导电层(6)、马鞍形隧穿绝缘层(7)和折叠栅电极(8)共同组成了内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管的隧穿基极，当马鞍形隧穿绝缘层(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)经马鞍形隧穿绝缘层(7)流动到马鞍形导电层(6)，并为基区(4)供电。

4.根据权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：马鞍形导电层(6)、马鞍形隧穿绝缘层(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。

5.根据权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：马鞍形导电层(6)与基区(4)形成欧姆接触，马鞍形导电层(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所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：马鞍形隧穿绝缘层(7)为用于产生隧穿电流的绝缘材料层。

7.根据权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强晶体管，其特征在于：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(5)与集电极(10)之间形成欧姆接触。

8.一种如权利要求1所述的内嵌折叠栅马鞍形绝缘隧穿增强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SOI晶圆，SOI晶圆的下方为SOI晶圆的单晶硅衬底(1)，SOI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)；

步骤二、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，在晶圆上表面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；

步骤三、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；

步骤四、在晶圆上方淀积绝缘介质后平坦化表面至露出单晶硅薄膜，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SOI晶圆上形成长方体状单晶硅孤岛阵列；

步骤六、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)和集电区(5)，进一步形成阻挡绝缘层(11)；

步骤七、通过刻蚀工艺，在基区(4)的中间部分刻蚀出凹槽；

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基区(4)的中间部分所形成的凹槽完全被填充，平坦化表面至露出发射区(3)、集电区(4)、阻挡绝缘层(11)和基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端，初步形成马鞍形导电层(6)；

步骤九、通过刻蚀工艺，对晶圆表面基区两侧中间部分的阻挡绝缘层(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，使步骤九中阻挡绝缘层(11)被刻蚀掉的部分被完全填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于形成马鞍形导电层(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，进一步形成马鞍形导电层(6)；

步骤十一、通过刻蚀工艺，对步骤十中所形成的马鞍形导电层(6)的中间部分进行部分刻蚀，进一步形成马鞍形导电层(6)；

步骤十二、在晶圆上方淀积隧穿绝缘介质，使步骤十一中马鞍形导电层(6)被刻蚀掉部分被完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于形成马鞍形隧穿绝缘层(7)以外的部分，露出发射区(3)、集电区(5)、阻挡绝缘层(11)、基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端和马鞍形导电层(6)的顶部，初步形成马鞍形隧穿绝缘层(7)；

步骤十三、分别在位于基区两侧的马鞍形导电层(6)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)；

步骤十四、在晶圆上方淀积隧穿绝缘层介质，使步骤十三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马鞍形隧穿绝缘层(7)以外部分至露出发射区(3)、集电区(5)、阻挡绝缘层(11)、基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端和马鞍形导电层(6)的顶部，进一步形成马鞍形隧穿绝缘层(7)；

步骤十五、通过刻蚀工艺，对步骤十中所形成的马鞍形隧穿绝缘层(7)的中间部分进行部分刻蚀，进一步形成马鞍形隧穿绝缘层(7)；

步骤十六、在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十五中马鞍形隧穿绝缘层(7)被刻蚀掉部分完全被填充，平坦化表面至露出发射区(3)、集电区(5)、阻挡绝缘层(11)、基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端、马鞍形导电层(6)的顶部和马鞍形隧穿绝缘层(7)的顶部，初步形成折叠栅电极(8)；

步骤十七、分别在位于基区两侧的马鞍形隧穿绝缘层(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)；

步骤十八、在晶圆上方淀积淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十七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栅电极(8)以外部分至露出发射区(3)、集电区(5)、阻挡绝缘层(11)、基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端、马鞍形导电层(6)的顶部和马鞍形隧穿绝缘层(7)的顶部，进一步形成折叠栅电极(8)；

步骤十九、分别在位于基区两侧的折叠栅电极(8)的远离基区的一侧对阻挡绝缘层(11)进行部分刻蚀；

步骤二十、在晶圆上方淀积淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十九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栅电极(8)以外部分至露出发射区(3)、集电区(5)、阻挡绝缘层(11)、基区(4)邻近发射区(3)、集电区(5)的两端、马鞍形导电层(6)的顶部和马鞍形隧穿绝缘层(7)的顶部，进一步形成折叠栅电极(8)用于连接器件单元之间的走线；

步骤二十一、在晶圆上方淀积绝缘介质，进一步形成阻挡绝缘层(11)；

步骤二十二、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；

步骤二十三、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)。