[发明专利]分立双矩形栅控U形沟道源漏双隧穿晶体管及其制造方法

权利要求书

1.一种分立双矩形栅控U形沟道源漏双隧穿晶体管，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）、矩形势垒调控栅（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，具有U形凹槽结构特征；单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的左右两侧垂直部分外侧为栅电极绝缘层（7），U形凹槽中间部分由绝缘介质阻挡层（13）的部分区域填充；栅电极绝缘层（7）为绝缘体材料，对单晶硅薄膜（1）及单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽内部填充的绝缘介质阻挡层（13）的部分区域所共同组成的立方体形区域的前后左右四面外侧表面形成四面围绕，俯视晶圆，栅电极绝缘层（7）呈矩形结构特征；矩形势垒调控栅（2）由金属材料或多晶硅材料构成，位于单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构下方水平部分的四周，对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构下方水平部分形成四面围绕，并通过栅电极绝缘层（7）与单晶硅薄膜（1）彼此绝缘隔离，俯视晶圆，矩形势垒调控栅（2）呈矩形结构特征，矩形势垒调控栅（2）对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽底部水平部分有控制作用，而对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构两侧垂直部分没有明显控制作用；矩形势垒调控栅（2）的上方为绝缘介质阻挡层（13）的部分区域，并通过绝缘介质阻挡层（13）与矩形栅电极（8）彼此绝缘隔离；矩形栅电极（8）由金属材料或多晶硅材料构成，与栅电极绝缘层（7）的外侧表面上方部分相互接触，并对栅电极绝缘层（7）的上方部分形成四面围绕，俯视观看呈现矩形结构特征，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；重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）分别通过对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的两侧垂直部分的上方部分掺杂形成，其中重掺杂源漏可互换区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；重掺杂源漏可互换区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；源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）为金属材料构成，分别位于重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）的上方，源漏可互换电极a（9）与重掺杂源漏可互换区a（5）的上端接触，源漏可互换电极b（10）与重掺杂源漏可互换区b（6）的上端接触；源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）的外侧表面分别与栅绝缘介质阻挡层（13）相互接触，源漏可互换电极a（9）、源漏可互换电极b（10）和矩形栅电极（8）之间彼此通过栅绝缘介质阻挡层（13）相互绝缘隔离；分立双矩形栅控U形沟道源漏双隧穿晶体管左右两侧为对称结构，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。

2.一种如权利要求1所述分立双矩形栅控U形沟道源漏双隧穿晶体管的制造方法，其特征在于：

其制造步骤如下：

步骤一：提供一个SOI晶圆，最下方为SOI晶圆的硅衬底（12），硅衬底的上面是衬底绝缘层（11），衬底绝缘层（11）的上表面为单晶硅薄膜（1），通过光刻、刻蚀工艺除去部分单晶硅薄膜（1），在SOI晶圆上进一步形成单晶硅薄膜（1）；

步骤二：在SOI晶圆上方淀积绝缘介质并平坦化表面至露出单晶硅薄膜（1），初步形成绝缘介质阻挡层（13）；

步骤三：通过光刻、刻蚀工艺将衬底绝缘层（11）上方的单晶硅薄膜（1）的前后左右四周部分、以及步骤二所形成的绝缘介质阻挡层（13）的前后两侧刻蚀至露出衬底绝缘层（11）；

步骤四：在SOI晶圆上方淀积绝缘介质并平坦化表面至露出单晶硅薄膜（1），再通过光刻、刻蚀工艺将单晶硅薄膜（1）和绝缘介质阻挡层（13）前后左右四周的绝缘介质进行部分刻蚀至露出衬底绝缘层（11），形成对单晶硅薄膜（1）四面围绕的栅电极绝缘层（7）；

步骤五：在SOI晶圆上方淀积金属或多晶硅并平坦化表面至露出单晶硅薄膜（1），再通过刻蚀工艺刻蚀掉围绕在栅电极绝缘层（7）上方部分前后左右四周的金属或多晶硅，形成矩形势垒调控栅（2）；

步骤六：在SOI晶圆上方淀积绝缘介质并平坦化表面至露出单晶硅薄膜（1），再通过刻蚀工艺,刻蚀掉围绕在栅电极绝缘层（7）上方部分前后左右四周的金属或多晶硅，进一步形成绝缘介质阻挡层（13）；

步骤七：在SOI晶圆上方淀积金属或多晶硅并平坦化表面至露出单晶硅薄膜（1），形成矩形栅电极（8）；

步骤八：通过离子注入工艺，对单晶硅薄膜（1）所形成的U形凹槽结构的两侧垂直部分上方的中间区域进行掺杂，形成重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6），使得重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）的前后侧面及外侧面分别被源漏可互换本征区a（3）和源漏可互换本征区b（4）三面围绕；

步骤九：在晶圆表面淀积绝缘介质，并通过刻蚀工艺除去重掺杂源漏可互换区a（5）和重掺杂源漏可互换区b（6）上方的绝缘介质，进一步形成绝缘介质阻挡层（13）和源漏通孔，再对晶圆上表面淀积金属或多晶硅，平坦化表面至露出绝缘介质阻挡层（13），在通孔中形成源漏可互换电极a（9）和源漏可互换电极b（10）。