[发明专利]防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管及其制造方法

权利要求书

1.防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，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）、集电区（5）和击穿保护区（12）位于SOI晶圆的晶圆绝缘层（2）的上方，基区（4）和击穿保护区（12）位于发射区（3）与集电区（5）之间，击穿保护区（12）位于基区（4）的两侧；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；折叠导电层（6）对基区（4）的上表面和两侧形成三面包围；折叠隧穿绝缘层（7）对折叠导电层（6）的上表面和两侧形成三面包围；折叠栅电极（8）对折叠隧穿绝缘层（7）的上表面和两侧形成三面包围；阻挡绝缘层（11）为绝缘介质；击穿保护区（12）的杂质浓度低于10¹⁶每立方厘米；基区（4）的杂质浓度不低于10¹⁷每立方厘米，基区（4）两侧和上表面与折叠导电层（6）相接触并形成欧姆接触。

2.根据权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，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。

3.根据权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于：折叠导电层（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。

4.根据权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于：折叠隧穿绝缘层（7）为用于产生隧穿电流的绝缘材料层。

5.根据权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于：折叠导电层（6）、折叠隧穿绝缘层（7）和折叠栅电极（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；相邻的发射区（3）与集电区（5）之间通过阻挡绝缘层（11）隔离，相邻的发射极（9）与集电极（10）之间通过阻挡绝缘层（11）隔离。

6.根据权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管，其特征在于：折叠导电层（6）、折叠隧穿绝缘层（7）和折叠栅电极（8）共同组成了防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的隧穿基极，当折叠隧穿绝缘层（7）在折叠栅电极（8）的控制下发生隧穿时，电流从折叠栅电极（8）经折叠隧穿绝缘层（7）流动到折叠导电层（6），并为基区（4）供电。

7.一种如权利要求1所述的防击穿SOI折叠栅绝缘隧穿双极晶体管的单元及其阵列的制造方法，其特征在于：该方法步骤如下：

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，在步骤一所形成的基区（4）的两侧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，该重掺杂区用于进一步形成发射区（3）和集电区（5），该重掺杂区与基区之间留有未经掺杂的区域，该未经掺杂的区域用于形成击穿保护区（12）；

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，使每一个单元内依次排列有发射区（3）、击穿保护区（12）、基区（4）、击穿保护区（12）和集电区（5）；

步骤四、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）、集电区（5）和击穿保护区（12），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，使步骤三所形成的每一个单晶硅孤岛队列分割为多个彼此独立的单元；

步骤六、在晶圆上方淀积绝缘介质，使步骤五中被刻蚀掉的部分充分被填充，并平坦化表面至露出发射区（3）、基区（4）、集电区（5）和击穿保护区（12），进一步形成阻挡绝缘层（11）；

步骤七、通过刻蚀工艺，对晶圆表面每个单元的基区（4）两侧的阻挡绝缘层（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，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠导电层（6）以外的部分，露出发射区（3）、集电区（5）、阻挡绝缘层（11）和基区（4）邻近发射区（3）、集电区（5）的两端，形成折叠导电层（6）；

步骤九、在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出折叠导电层（6）的上表面，再通过刻蚀工艺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、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）完全被填充，平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠隧穿绝缘层（7）以外部分至露出阻挡绝缘层（11），形成折叠隧穿绝缘层（7）；

步骤十一、分别在基区两侧的折叠隧穿绝缘层（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；平坦化表面后再通过刻蚀工艺刻蚀掉用于生成折叠栅电极（8）以外部分至露出阻挡绝缘层（11），初步形成折叠栅电极（8）；

步骤十三、在晶圆上方淀积绝缘介质，再将表面平坦化至露出步骤十二当中形成的折叠栅电极（8）的上表面；

步骤十四、在晶圆上方淀积金属或重掺杂的多晶硅，并刻蚀掉用于形成器件单元之间走线部分以外的部分，进一步形成折叠栅电极（8）；

步骤十五、在晶圆上方淀积绝缘介质，将表面平坦化；

步骤十六、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；

步骤十七、在晶圆上方淀积金属，使步骤十六中所形成的发射极（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）。