[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

说明书

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。

技术领域

本发明涉及超大规模集成电路制造领域，具体涉及一种适用于低功耗集成电路制造的具有低泄漏电流的双括号形栅控双向开关隧穿晶体管及其制造方法。

背景技术

集成电路的基本单元MOSFETs根据摩尔定律的要求，尺寸会变得越来越小，随之而来的不仅仅是在制造工艺上的难度加深，各种不良效应也越发的凸显。如今集成电路设计所采用的MOSFETs型器件由于其工作时自身产生电流的物理机制的限制，其亚阈值摆幅不能低于60mV/dec。而普通隧穿场效应晶体管作为开关型器件使用时，利用载流子在半导体能带之间发生隧穿效应作为电流的导通机制，其亚阈值摆幅要明显优于MOSFETs型器件的60mv/dec极限。然而，普通隧穿场效应晶体管源区和漏区采用不同导电类型的杂质，这种非对称结构特征导致其无法在功能上完全取代具有对称结构特征的MOSFETs型器件。以N型隧穿场效应晶体管为例，如果将其源极和漏极互换，即漏极为低电位，源极为高电位，则隧穿场效应晶体管将始终处于导通状态，导通电流的大小不再能够依靠栅电极而得到良好控制和调节，这使得整个隧穿场效应晶体管的开关特性失效。

发明内容

发明目的：

为了有效结合和利用MOSFETs型器件源极、漏极可互换和普通隧穿场效应晶体管低亚阈值摆幅摆幅的优点，解决MOSFETs型器件亚阈值摆幅无法降低和普通隧穿场效应晶体管只能作为单向开关的不足，本发明提出一种双括号形栅控双向开关隧穿晶体管及其制造方法。该晶体管具有逻辑功能与当前基于MOSFETs集成电路完全兼容的优势特点，源漏两端结构的对称性使其可以通过对源极和漏极的电压互换实现源漏双向对称开关的功能，即具有源漏电极可互换的双向开关特性、此外还具有正反向电流比高、低亚阈值摆幅、高正向导通电流等工作特性。

技术方案：

本发明是通过以下技术方案来实现的：

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，其特征在于：SOI晶圆的硅衬底上方为SOI晶圆的衬底绝缘层，SOI晶圆的衬底绝缘层的上方为单晶硅薄膜、第一类杂质重掺杂区、源漏可互换本征区a、源漏可互换本征区b、第二类杂质重掺杂源漏可互换区a、第二类杂质重掺杂源漏可互换区b、栅电极绝缘层、括号栅电极和绝缘介质阻挡层的部分区域；其中，第一类杂质重掺杂区位于单晶硅薄膜的中间部分，第二类杂质重掺杂源漏可互换区a和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b分别位于第一类杂质重掺杂区两侧单晶硅薄膜的中央部分，第二类杂质重掺杂源漏可互换区a和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b的底部表面与SOI晶圆的衬底绝缘层的上表面相互接触；源漏可互换本征区a和源漏可互换本征区b分别位于位于单晶硅薄膜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和第二类杂质重掺杂源漏可互换区b的前后侧和外侧形成三面包裹；

栅电极绝缘层为绝缘体材料，呈矩形围绕在单晶硅薄膜四周，与单晶硅薄膜和第一类杂质重掺杂区的外侧壁相互接触，前后两侧的栅电极绝缘层的中间区域外侧表面与绝缘介质阻挡层相互接触，栅电极绝缘层的外侧表面的其余部分与栅电极相互接触；