[发明专利]一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法

说明书

一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法，该结构包括发射极、控制极、收集极和空气隙；发射极包括形成于半导体衬底上的鳍结构和在鳍结构的表面形成一发射极材料层，其中，鳍结构的顶端为凸起的弧型；控制极在发射极的外围形成，并露出发射极的引出端；其中，发射极和控制极通过第一介质隔离层隔离；收集极在控制极的外侧形成，并露出控制极的引出端；其中，控制极与所述收集极通过第二隔离介质层隔离；空气隙的形状如圆弧顶的蘑菇，空气隙的蘑菇顶与收集极相连，发射极位于空气隙的底部，空气隙的蘑菇根部与鳍结构的顶端相连；空气隙的圆弧顶内侧同第一介质隔离层相连，控制极在凸起的发射极的两侧，且被第二隔离介质层所包围。

技术领域

本发明涉及集成电路的制造领域，具体涉及一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法。

背景技术

半导体技术发展的是以市场为导向的，其根本动力是单位元件成本的持续下降，性能和功能的持续提升，以满足市场对成本下降和性能、功能提升的需求。进入16nm/14nm及10nm以下CMOS技术代后，CMOS技术沿按比例缩小路线进一步发展面临着成本、技术等方面的巨大挑战，包括载流子迁移率、功耗等等，如何延续摩尔定律并推进半导体技术发展成为业界关注的方向。其中，2D半导体材料、新型器件结构等成为替代MOS器件的研究热点。

空气隙晶体管是一种新型器件结构，请参阅图1，图1中所示为中国专利申请公布号CN 102074584 A，题为一种空气隙石墨烯晶体管及其制备方法。图中所示的晶体管为背栅空气隙石墨烯晶体管，其包括硅衬底101、绝缘体层102、栅电极103、栅介质层104、源电极105、漏电极106和石墨烯层107，石墨烯层107通过空气隙110与栅介质层104和栅电极103相隔离。然而，上述空气隙晶体管的制作工艺复杂，制造成本很高。

因此，如何满足市场需求，已成为业界对空气隙晶体管设计的一个重要考量因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法，为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种空气隙晶体管器件结构，其包括：

发射极，包括形成于半导体衬底上的鳍结构和在所述鳍结构的表面形成一发射极材料层，其中，所述鳍结构的顶端为凸起的弧型；

控制极，其在所述发射极的外围形成，并露出所述发射极的引出端；其中，所述发射极和控制极通过第一介质隔离层隔离；

收集极，其在所述控制极的外侧形成，并露出所述控制极的引出端；其中，所述控制极与所述收集极通过第二隔离介质层隔离；

空气隙，其形状如圆弧顶的蘑菇，所述空气隙的蘑菇顶与所述收集极相连，所述发射极位于所述空气隙的底部，所述空气隙的蘑菇根部与所述鳍结构的顶端相连；所述空气隙的圆弧顶内侧同所述第一介质隔离层相连，所述控制极在凸起的所述发射极的两侧，且被所述第二隔离介质层所包围。

进一步地，当所述空气隙晶体管器件结构工作时，所述控制极和收集极施加正电位，所述发射电机施加负电位。

进一步地，所述鳍结构的顶端弧形的曲率半径小于1um，或所述鳍结构的顶端三角形的顶角小于等于90度，或所述鳍结构的顶端三角形的顶角小于等于45度。

进一步地，所述鳍结构的顶端弧形的曲率半径为20纳米～200纳米之间的一个值。

进一步地，所述第一隔离介质层与所述第二隔离介质层材料相同，所述收集极朝向所述空气隙的内侧形状为内嵌的圆弧形、内嵌的三角形或梯形。

为实现上述目的，本发明的又技术方案如下：

一种空气隙晶体管器件结构的制作方法，其包括如下步骤：

步骤S1：在半导体衬底上形成鳍结构，其中，所述鳍结构的顶端为凸起的弧型；