[发明专利]源漏阻变式矩形栅控U形沟道双向晶体管及其制造方法

摘要

本发明涉及一种源漏阻变式矩形栅控U形沟道双向晶体管及其制造方法，本发明所述器件具有矩形栅电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金属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，本发明具有源漏可互换的双向对称开关特性，对比于肖特基势垒晶体管，具有更好的开关特性，本发明在源漏区无需进行掺杂，肖特基势垒易于形成，矩形栅电极可对源漏区进行更好的控制，因此适合推广应用。

主权项

1.一种源漏阻变式矩形栅控U形沟道双向晶体管，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）、重掺杂区（2）和绝缘介质阻挡层（13）的部分区域；其中，单晶硅薄膜（1）为杂质浓度低于10¹⁶cm^‑3的单晶硅半导体材料；重掺杂区（2）位于单晶硅薄膜（1）底部的中间部分，其掺杂的杂质导电类型决定器件的导通类型，其内部不受栅电极（8）场效应影响控制，为杂质浓度不低于10¹⁷cm^‑3的半导体材料；绝缘介质阻挡层（13）的部分区域对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的下方部分的外侧表面形成四面围绕，绝缘介质阻挡层（13）与SOI晶圆的衬底绝缘层（11）上表面接触的部分区域的上表面与栅电极（8）和栅电极绝缘层（7）相互接触；栅电极绝缘层（7）为绝缘体材料，位于单晶硅薄膜（1）的外侧表面的上方部分，且栅电极绝缘层（7）的内侧表面与单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的两侧垂直部分的前后和左右两侧的外侧表面的上方部分相互接触，栅电极绝缘层（7）的内侧表面和夹在单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构内部的绝缘介质阻挡层（13）的前后外侧表面相互接触，对单晶硅薄膜（1）的外侧表面上方部分形成四面围绕；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）的外侧表面相互接触，并对栅电极绝缘层（7）形成四面围绕，俯视观看呈现矩形结构特征，栅电极（8）对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的两侧垂直部分的上方部分，即对源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）具有明显的场效应控制作用；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）底部中间部分的重掺杂区（2）无明显控制作用；金属源漏可互换区a（5）和金属源漏可互换区b（6）由金属材料构成，分别位于单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的两侧垂直部分的上方内侧部分；金属源漏可互换区a（5）的外侧与源漏可互换本征区a（3）相互接触，并被其三面围绕，接触面形成肖特基势垒；金属源漏可互换区a（5）的底部与单晶硅薄膜（1）相互接触，接触面形成肖特基势垒；金属源漏可互换区b（6）的外侧与源漏可互换本征区b（4）相互接触，并被其三面围绕，接触面形成肖特基势垒；金属源漏可互换区b（6）的底部与单晶硅薄膜（1）相互接触，接触面形成肖特基势垒；单晶硅薄膜（1）、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）、金属源漏可互换区a（5）和金属源漏可互换区b（6）共同组成了一个凹槽结构；源漏可互换电极a（9）由金属材料构成，位于金属源漏可互换区a（5）的上方；源漏可互换电极b（10）也由金属材料构成，位于金属源漏可互换区b（6）的上方，源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）的外侧左右分别与绝缘介质阻挡层（13）的部分区域相接触；重掺杂区（2）和位于重掺杂区（2）上方的部分绝缘介质阻挡层（13）的左右两侧呈对称结构，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。