[发明专利]SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管及其制造方法

权利要求书

1.SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，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）位于晶圆绝缘层（2）的上方，基区（4）位于发射区（3）和集电区（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；由导电层（6）、隧穿绝缘层（7）和栅电极（8）依次在基区（4）的两侧的中间部分形成夹层结构；阻挡绝缘层（11）为绝缘介质；导电层（6）、隧穿绝缘层（7）和栅电极（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。

2.根据权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，其特征在于：导电层（6）形成于基区（4）的两侧，并在两侧均形成欧姆接触，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。

3.根据权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，其特征在于：隧穿绝缘层（7）为用于产生隧穿电流的绝缘材料层，具有两个独立部分，每一部分形成于基区（4）两侧导电层（6）与基区（4）相接触一侧的另一侧。

4.根据权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，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，与隧穿绝缘层（7）的两个独立部分与导电层（6）相接触一侧的另一侧相接触。

5.根据权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，其特征在于：导电层（6）、隧穿绝缘层（7）和栅电极（8）共同组成了SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管的隧穿基极，当隧穿绝缘层（7）在栅电极（8）的控制下发生隧穿时，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。

6.根据权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管，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。

7.一种如权利要求1所述的SOI衬底双栅绝缘隧穿基极双极晶体管的制造方法，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，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，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，再将表面平坦化至露出发射区（3）、基区（4）、集电区（5）和阻挡绝缘层（11），形成导电层（6）；

步骤九、分别在基区两侧的导电层（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、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）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）、基区（4）、集电区（5）、导电层（6）和阻挡绝缘层（11），形成隧穿绝缘层（7）；

步骤十一、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；

步骤十三、将表面平坦化至露出发射区（3）、基区（4）、集电区（5）、导电层（6）、隧穿绝缘层（7）和阻挡绝缘层（11），初步形成栅电极（8）；

步骤十四、在晶圆上方淀积绝缘介质，进一步形成阻挡绝缘层（11）；

步骤十五、通过刻蚀工艺将位于栅电极（8）上方的阻挡绝缘层（11）刻蚀掉；

步骤十六、在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，使步骤十五中被刻蚀掉的阻挡绝缘层（11）被完全填充，将表面平坦化，进一步形成栅电极（8）；

步骤十七、通过刻蚀工艺刻蚀掉用于形成器件单元之间走线部分以外的部分，进一步形成栅电极（8）；

步骤十八、在晶圆上方淀积绝缘介质，将表面平坦化，进一步形成阻挡绝缘层（11）；

步骤十九、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、在晶圆上方淀积金属，使步骤十八中形成的发射极（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）。