一種半導體場效應正反饋器件制造技術

本發明專利技術屬于半導體場效應管技術領域，具體為一種的半導體場效應正反饋饋器件。本發明專利技術器件建立在絕緣層上硅的襯底上，器件的陰極和陽極為反型重摻雜，即一方為p+型而另一方為n+型摻雜，而溝道為不摻雜或者低摻雜。臨近溝道的是被柵極側墻所覆蓋的低摻雜區域。與一般的場效應正反饋器件相比，如Z

Semiconductor field effect positive feedback device

The invention belongs to the technical field of semiconductor field effect transistors, in particular to a semiconductor field effect positive feedback feed device. The device of the invention is based on the silicon substrate on the insulating layer, and the cathode and anode of the device are inverted and RE doped, namely, one is p+ and the other is n+ doped, and the channel is non doped or low doped. Near the channel is a low doped region covered by the grid side wall. Compared with general field effect feedback devices, such as Z

【技術實現步驟摘要】
一種半導體場效應正反饋器件
本專利技術屬于半導體場效應管
，具體涉及一種的半導體場效應正反饋晶體管。
技術介紹
Z2-FET是一種基于場效應正反饋機制的新型半導體器件。它由申請人于2011年提出[1,2]。不同于普通的MOSFET，其工作原理基于新穎的場效應正反饋機制，因此具有獨特的電學特性。其亞閾擺幅遠遠低于普通MOSFET的物理極限值，這使得它在低電壓和低功耗集成電路中具有巨大的應用潛力[3]。此外，Z2-FET的輸出特性顯示出極大的回滯效應。我們將此特性應用于揮發性存儲器，得到了遠優于普通存儲器的性能[4]。此外，由于其開關速度快，開關電壓可控和開態電流高等優點，歐洲半導體工業巨頭意法半導體公司將其應用于芯片內部的靜電放電保護[5]。然而，Z2-FET還存在著一些關鍵問題須待完善。Z2-FET的器件結構具有不對稱性。它需要一段沒有柵極覆蓋的溝道區域。普通的MOSFET由于結構和摻雜都具有對稱性，可用自對準的工藝形成源漏，工藝簡單且無光刻的對準誤差。而Z2-FET因其非對稱結構，必須使用非自對準的形式和額外的光刻形成無柵極覆蓋的溝道區域。這使得工藝更加復雜，且光刻的對準誤差會對器件性能造成負面影響。
技術實現思路
本專利技術的目的在于針對Z2-FET的上述缺陷，提出一種全新的半導體場效應正反饋器件，以克服Z2-FET的上述缺陷。本專利技術提出的半導體場效應正反饋器件，具有對稱的結構；借助于柵極側墻和傾斜離子注入的掩蔽效應，器件的制備可基于完全自對準的工藝，無須額外的光刻版和光刻套準步驟，與普通MOSFET的工藝完全兼容。因而，相比與Z2-FET，此器件的制備可大大降低工藝成本和工藝難度并且徹底避免光刻對準誤差的影響。另一方面，此器件基于同樣的場效應正反饋原理，具有類似于Z2-FET的優異電學特性，可廣泛應用于低亞閾擺幅開關，存儲器，靜電保護和傳感器等領域。不同于普通的Z2-FET，本專利技術提出的新型器件基于MOSFET的對稱結構，充分利用了MOSFET中通用的柵極側墻和低源漏摻雜等工藝步驟，與MOSFET工藝完全兼容。唯一不同之處在于源漏的摻雜為反型，因此需要以柵極為掩蔽，進行自對準的傾斜離子注入。在本專利技術中，半導體場效應正反饋器件特殊的能帶結構（電子和空穴注入勢壘）由正柵極和臨近溝道的低摻雜區域形成。以圖1所示的實施例說明，正柵極上施加一負電壓將在溝道中形成空穴勢壘從而控制陽極空穴的注入。而溝道右邊的p型摻雜區域將會形成電子的勢壘從而控制陰極電子的注入。本專利技術提出的半導體場效應正反饋器件（晶體管），其結構如圖1所示，由以下幾個部分組成：不摻雜或是弱摻雜的襯底1；位于襯底1上的絕緣埋層2；位于絕緣埋層2上的溝道區3、溝道區3兩側第一低摻雜區域6、第二低摻雜區域7，以及重摻雜的陰極區域10和反型重摻雜的陽極區域11；覆蓋溝道3的柵氧化層4，以及柵氧化層4上的柵極5；柵極兩側的第一側墻8和第二側墻9；此外，還包括：與陰極區域10接觸的陰極金屬接觸12，與陽極區域11接觸的陽極金屬接觸13，與柵極5接觸的柵極金屬接觸14。所述的半導體場效應正反饋器件，是基于絕緣層上硅或者建立在絕緣層上的其他半導體，如鍺，鍺硅和氮化鎵等。所述的半導體場效應正反饋器件，其溝道為不摻雜或者弱摻雜。溝道兩邊為弱摻雜的區域。所述的半導體場效應正反饋器件，其陽極和陰極為重度反型摻雜，即一方為n型而另一方為p型摻雜。所述的半導體場效應正反饋器件，其柵極兩邊為柵極側墻，且柵極側墻底部為弱摻雜區域。本專利技術提出的場效應正反饋器件的制備方法，具體步驟為（參考圖1）：（1）起始的絕緣層上硅，包括襯底1，埋層氧化層2和上層半導體3；（2）淀積柵氧化層4和正柵極材料5；（3）光刻并刻蝕以形成正柵極圖形；（4）以柵極為掩模板，以自對準的方式離子注入以形成第一低摻雜區域6和第二低摻雜區域7；（5）淀積柵極一層側墻介質并進行干法各向異性刻蝕形成柵極第一側墻8和第二側墻9；（6）以柵級為掩模使用傾斜離子注入形成重度n型摻雜的陰極10；（7）以柵級為掩模使用傾斜離子注入形成重度p型摻雜的陽極11并進行熱退火激活注入離子；（8）淀積金屬接觸并退火，以形成源極12，漏極13和柵極14的金屬接觸。更加詳細的工藝步驟如實施例1所描述。本專利技術中，基于場效應正反饋的Z2-FET建立在全耗盡的絕緣層上硅的襯底上，溝道的硅層厚度在50nm以下。借助于全耗盡的薄硅層，柵極得以在溝道中形成空穴的注入勢壘從而控制器件的導通。此勢壘是場效應正反饋機制起作用的關鍵。另一方面，電子的注入勢壘由溝道旁邊的低摻雜區域形成。本專利技術器件不但保留了場效應正反饋器件的低亞閾擺幅和柵控回滯輸出特性，可廣泛應用于開關，存儲器和靜電保護等，而且工藝成本更低，工藝難度更小。附圖說明圖1為本專利技術的半導體場效應正反饋晶體管的結構圖示。圖2為本專利技術的半導體場效應正反饋晶體管的制備流程圖示。圖3為本專利技術的半導體場效應正反饋晶體管的實施例結構。其中，（a）實施例2對應的器件結構，（b）實施例3對應的器件結構。具體實施方式基于同一工作原理，器件的結構可以不同，具體實施方式依據實施例不同可分為：實施例1（對應圖1的器件結構和圖2的工藝流程）：（1）如圖2(a)所示,為起始的絕緣層上硅晶片。其襯底摻雜一般為弱p型摻雜，摻雜濃度在1015cm-2至1017cm-2之間。其埋層一般為二氧化硅，厚度在10nm至1000nm之間。上層的溝道一般為硅、鍺硅或者氮化鎵等材料。厚度為5nm至50nm之間；（2）淀積一層柵氧化層和一層正柵極，如圖2(b)所示。柵氧化層一般為二氧化硅(SiO2),也可是氮化硅，三氧化二鋁或氧化鉿等材料。厚度一搬為2nm至30nm之間。淀積方式可以是熱氧化，化學氣相沉積或原子層沉積等方法。正柵極一般為多晶硅或者金屬，又或是多晶硅和金屬的復合層，其厚度可為2nm至200nm；（3）光刻并打開正柵極圖形的窗口，之后利用光刻膠為掩膜對正柵極進行刻蝕以形成柵極的圖形，如圖2(c)所示；刻蝕可選用干法或者濕法方法。干法刻蝕一般使用氟基或者鹵族元素氣體，如SF6，CHF3，HBr或者Cl2等。而濕法腐蝕一般使用TMAH，KOH等溶液；（4）利用柵極為自對準的掩模進行自對準的離子注入以形成溝道兩邊的低摻雜區域，如圖2(d)所示。離子注入一般使用硼或者BF2，劑量為1012cm-2至1014cm-2之間，能量為2keV至40keV之間；（5）淀積一層柵極側墻材料，如常用的氮化硅，二氧化硅，又或者是SiOCN和SiBCN等低介電常數介質。淀積可使用化學氣相沉積，原子層淀積等工藝。之后進行刻蝕以形成如圖2(e)所示的柵極側墻。刻蝕一般使用具有垂直方向性的反應離子刻蝕，干法刻蝕一般使用氟基氣體，如SF6，CHF3或者CH3F等；（6）使用傾斜離子注入形成重摻雜的陰極n+區域，如圖2(f)。離子注入一般使用砷或磷，劑量為1013cm-2至1016cm-2之間，能量為5keV至300keV之間，傾角為0度至45度；（7）使用傾斜離子注入形成重摻雜的陽極p+區域，如圖2(g)。離子注入一般使用硼或BF2，劑量為1013cm-2至1016cm-2之間，能量為2keV至40keV之間，傾角為0度至負45度。離子注入后進行退火以激活注入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體場效應正反饋器件，其特征在于，由以下幾個部分組成：不摻雜或是弱摻雜的襯底（1）；位于襯底（1）上的絕緣埋層（2）；位于絕緣埋層（2）上的溝道區（3）、溝道區（3）兩側的第一低摻雜區域（6）、第二低摻雜區域（7），以及重摻雜的陰極區域（10）和反型重摻雜的陽極區域（11）；覆蓋溝道（3）的柵氧化層（4），以及柵氧化層（4）上的柵極（5）；柵極兩側的第一側墻（8）和第二側墻（9）；此外，還包括：與陰極區域（10）接觸的陰極金屬接觸（12），與陽極區域（11）接觸的陽極金屬接觸（13），與柵極（5）接觸的柵極金屬接觸（14）。

【技術特征摘要】
1.一種半導體場效應正反饋器件，其特征在于，由以下幾個部分組成：不摻雜或是弱摻雜的襯底（1）；位于襯底（1）上的絕緣埋層（2）；位于絕緣埋層（2）上的溝道區（3）、溝道區（3）兩側的第一低摻雜區域（6）、第二低摻雜區域（7），以及重摻雜的陰極區域（10）和反型重摻雜的陽極區域（11）；覆蓋溝道（3）的柵氧化層（4），以及柵氧化層（4）上的柵極（5）；柵極兩側的第一側墻（8）和第二側墻（9）；此外，還包括：與陰極區域（10）接觸的陰極金屬接觸（12），與陽極區域（11）接觸的陽極金屬接觸（13），與柵極（...

【專利技術屬性】
技術研發人員：萬景，鄧嘉男，邵金海，陸冰睿，陳宜方，
申請(專利權)人：復旦大學，
類型：發明
國別省市：上海,31