[发明专利]双括号形栅控双向开关隧穿晶体管及其制造方法

摘要

本发明涉及一种双括号形栅控双向开关隧穿晶体管及其制造方法，本发明所述器件具有括号栅极和左右对称的结构特征，具有较强的栅极控制能力并且可以通过调节源漏可互换电极电压控制第二类杂质重掺杂源漏可互换区作为源区或漏区，改变隧穿电流方向。本发明具有低静态功耗和反向泄漏电流、较强的栅极控制能力、低亚阈值摆幅和可实现双向开关功能的优点。对比于普通MOSFETs型器件，利用隧穿效应实现更优秀的开关特性；对比于普通的隧穿场效应晶体管，本发明具有普通的隧穿场效应晶体管所不具备的源漏可互换的双向对称开关特性，因此适合推广应用。

主权项

一种双括号形栅控双向开关隧穿晶体管，包含SOI晶圆的硅衬底（12），其特征在于：SOI晶圆的硅衬底（12）上方为SOI晶圆的衬底绝缘层（11），SOI晶圆的衬底绝缘层（11）的上方为单晶硅薄膜（1）、第一类杂质重掺杂区（2）、源漏可互换本征区a（3）、源漏可互换本征区b（4）、第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）、第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）、栅电极绝缘层（7）、括号栅电极（8）和绝缘介质阻挡层（13）的部分区域；其中，第一类杂质重掺杂区（2）位于单晶硅薄膜（1）的中间部分，第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）分别位于第一类杂质重掺杂区（2）两侧单晶硅薄膜（1）的中央部分，第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）的底部表面与SOI晶圆的衬底绝缘层（11）的上表面相互接触；源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）分别位于单晶硅薄膜（1）左右两侧未被进行有意掺杂工艺的外侧区域，分别对第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）的前后侧和外侧形成三面包裹；栅电极绝缘层（7）为绝缘体材料，呈矩形围绕在单晶硅薄膜（1）四周，与单晶硅薄膜（1）和第一类杂质重掺杂区（2）的外侧壁相互接触，前后两侧的栅电极绝缘层（7）的中间区域外侧表面与绝缘介质阻挡层（13）相互接触，栅电极绝缘层（7）的外侧表面的其余部分的与栅电极（8）相互接触；栅电极（8）由金属材料或多晶硅材料构成，与栅电极绝缘层（7）的前后两侧表面的左右两侧部分以及左右两侧表面相互接触，即栅电极（8）与栅电极绝缘层（7）的四周外侧表面的除了位于前后两侧表面的中间区域的与绝缘介质阻挡层（13）相互接触的外侧表面之外的部分相互接触，栅电极（8）俯视观看形成一对双括号形状，对栅电极绝缘层（7）的左右两端形成三面包裹；栅电极绝缘层（7）在栅电极（8）和单晶硅薄膜（1）之间形成绝缘阻挡；栅电极（8）仅对源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）有明显场效应控制作用，而对单晶硅薄膜（1）的其它区域和位于单晶硅薄膜（1）中央部分的第一类杂质重掺杂区（2）无明显控制作用；单晶硅薄膜（1）、第一类杂质重掺杂区（2）、源漏可互换本征区a（3）、源漏可互换本征区b（4）、第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）共同拼成一个矩形域结构；单晶硅薄膜（1）、第一类杂质重掺杂区（2）、源漏可互换本征区a（3）、源漏可互换本征区b（4）、栅电极绝缘层（7）、括号栅电极（8）以及衬底绝缘层（11）上的部分绝缘介质阻挡层（13）的上表面为绝缘介质阻挡层（13）的其余部分，源漏可互换电极a（9）位于第二类杂质重掺杂源漏可互换区a（5）的上方，并与之形成良好的欧姆接触；源漏可互换电极b（10）位于第二类杂质重掺杂源漏可互换区b（6）的上方，并与之形成良好的欧姆接触；源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）的外侧表面分别与绝缘介质阻挡层（13）相接触，并通过绝缘介质阻挡层（13）的阻挡作用彼此绝缘；整个晶体管结构的位于第一类杂质重掺杂区（2）两侧的部分彼此呈对称结构，能够在源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）对称互换的情况下实现同样的输出特性。