[发明专利]高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管及其制造方法

权利要求书

1.高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：采用只包含单晶硅衬底(1)的体硅晶圆作为生成器件衬底，或采用同时包含单晶硅衬底(1)和晶圆绝缘层(2)的SOI晶圆作为生成器件的衬底；基区(4)位于体硅晶圆的单晶硅衬底(1)或SOI晶圆的晶圆绝缘层(2)的上方，并具有凹槽；发射区(3)和集电区(5)分别位于基区(4)凹槽上端的两侧；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；导电层(6)位于基区(4)所形成的凹槽内壁底部；隧穿绝缘层(7)位于导电层(6)的上方；栅电极(8)位于绝缘隧穿层(7)的上方，栅电极(8)的宽度小于绝缘隧穿层(7)的宽度；阻挡绝缘层(11)位于高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管单元之间和单个高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管的上方。 

2.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：栅电极(8)与基区(4)、发射区(3)和发射极(9)之间通过阻挡绝缘层(11)隔离；栅电极(8)与基区(4)、集电区(5)和集电极(10)之间通过阻挡绝缘层(11)隔离；相邻的基区(4)之间通过阻挡绝缘层(11)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；栅电极(8)两侧通过阻挡绝缘层(11)与基区(4)隔离。 

3.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：由发射区(3)、基区(4)和集电区(5)组成凹槽形结构。 

4.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：栅电极(8)是控制隧穿绝缘层(7)产生隧穿效应的电极，是控制器件开启和关断的电极。 

5.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征 在于：隧穿绝缘层(7)为用于产生栅电极隧穿电流的绝缘材料层，其上表面中间部分与栅电极(8)相互接触，下表面与导电层(6)相互接触。 

6.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：隧穿绝缘层(7)的上表面要低于基区(4)凹槽两侧上表面的高度。 

7.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：导电层(6)的下表面与基区(4)形成欧姆接触，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。 

8.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，其特征在于：导电层(6)实质为高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管的浮动基极，当隧穿绝缘层(7)发生隧穿时，电流从栅电极(8)经隧穿绝缘层(7)流动到导电层(6)，并为基区(4)供电。 

9.根据权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管，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(3)与集电极(10)之间形成欧姆接触。 

10.一种如权利要求1所述的高集成凹槽绝缘栅隧穿双极增强晶体管的制造方法，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，形成杂质层； 

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阵列区域； 

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、通过刻蚀工艺，在基区单晶硅薄膜上刻蚀出凹槽状区域，其中凹槽的顶部两侧的重掺杂区分别为发射区(3)和集电区(5)，剩余部分为基区(4)； 

步骤六、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，使步骤五中由发射区(3)、集电区(5)和基区(4)所形成的凹槽内部完全被填充，再将表面平坦化至露出发射区(3)和集电区(5)，初步形成导电层(6)； 

步骤七、通过刻蚀工艺，对步骤六中所淀积的位于凹槽内的导电层(6)的上半部分进行刻蚀，进一步形成导电层(6)； 

步骤八、在晶圆上方淀积隧穿绝缘层介质，使步骤七中被刻蚀掉的导电层(6)被隧穿绝缘层介质完全填充，再将表面平坦化至露出发射区(3)和集电区(5)，初步形成隧穿绝缘层(7)； 

步骤九、通过刻蚀工艺，对步骤八中所淀积的隧穿绝缘层的上半部分进行刻蚀，进一步形成隧穿绝缘层(7)； 

步骤十、在晶圆上方淀积绝缘介质，使步骤九中被刻蚀掉的隧穿绝缘层(7)被绝缘介质完全填充，再将表面平坦化至露出发射区(3)和集电区(5)，进一步形成阻挡绝缘层(11)； 

步骤十一、通过刻蚀工艺，对步骤十中凹槽内所形成的阻挡绝缘层(11)的中间部分进行刻蚀至露出隧穿绝缘层(7)； 

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，再将表面平坦化至露出发射区(3)和集电区(5)，以此形成栅电极(8)； 

步骤十三、在晶圆上方淀积绝缘介质； 

步骤十四、在位于发射区(3)和集电区(5)的上方的阻挡绝缘层(11)内部刻蚀出用于形成发射极(9)和集电极(10)的通孔，并在晶圆上表面淀积金属层，使通孔被金属填充，再对金属层进行刻蚀，形成发射极(9)和集电极(10)。