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专利号: 2021110145312
申请人: 沈阳工业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2024-04-24
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管,包含SOI晶圆的硅衬底(10),其特征在于:

SOI晶圆的硅衬底(10)上方为SOI晶圆的衬底绝缘层(9),SOI晶圆的衬底绝缘层(9)的上方为半导体薄膜区(3)、可互换电极a(1)、可互换电极b(2);半导体薄膜区(3)的上方和侧面,可互换电极a(1)、可互换电极b(2)内侧部分区域的上方和侧面为栅电极绝缘层(4);栅电极绝缘层(4)上方和侧面为可编程浮栅(5)、栅电极(6)以及绝缘介质层(11);半导体薄膜区(3)为半导体材料,可互换电极a(1)和可互换电极b(2)为金属、合金或金属硅化物,分别位于半导体薄膜区(3)的左右两侧,并分别与半导体薄膜区(3)的左右两侧表面形成具有肖特基势垒的阻挡型接触;栅电极绝缘层(4)为绝缘介质材料;可编程浮栅(5)为金属、合金、多晶硅或氮化硅材料,位于栅电极绝缘层(4)中央的上方和侧表面,并通过绝缘介质层(11)与栅电极(6)、可互换电极a(1)、可互换电极b(2)彼此绝缘隔离;栅电极(6)为金属、合金或多晶硅材料,位于半导体薄膜区(3)两侧的上方和侧面所对应的栅电极绝缘层(4)的上表面和侧表面,并通过绝缘介质层(11)与栅电极(5)、可互换电极a(1)、可互换电极b(2)彼此绝缘隔离;可编程浮栅(5)上方左右两侧分别与编程隧穿层a(7)与编程隧穿层b(8)相接触;编程隧穿层a(7)的左侧面与可互换电极a(1)相接触;编程隧穿层b(8)的右侧面与可互换电极b(2)相接触;编程隧穿层a(7)左右两侧之间的厚度小于编程隧穿层b(8)左右两侧之间的厚度。

2.根据权利要求1所述的源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管,其特征在于:该源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管在编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8)下表面以下区域具有左右对称结构;在可重置浮栅(5)被非易失重置后,即导电类型确定的情况下,可互换电极a(1)和可互换电极b(2)能够彼此互换。

3.一种如权利要求1所述的源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管的控制方法,其特征在于:编程隧穿层a(7)与编程隧穿层b(8)为同种绝缘材料,且编程隧穿层a(7)左右两侧之间的厚度小于4纳米;当可互换电极b(2)和可互换电极a(1)之间施加电势差时,会导致编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8)内发生绝缘层隧道效应而使得编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8)的电阻值降低,且因编程隧穿层a(7)左右两侧之间的厚度小于编程隧穿层b(8)左右两侧之间的厚度,随着可互换电极b(2)和可互换电极a(1)之间施加电势差不断增大,编程隧穿层a(7)先于编程隧穿层b(8)发生绝缘层隧道效应,编程隧穿层a(7)产生绝缘层隧道效应后,使来自可互换电极a(1),途径编程隧穿层a(7)流入到可编程浮栅(5)的电荷多于来自可编程浮栅(5)途径编程隧穿层b(8)并流出到可互换电极b(2)的电荷,由此控制可编程浮栅(5)内的电荷量。

4.根据权利要求3所述源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管的控制方法,其特征在于:当可互换电极b(2)和可互换电极a(1)之间施加正电势差时,使来自可互换电极a(1),途径编程隧穿层a(7)流入到可编程浮栅(5)的负电荷多于来自可编程浮栅(5)途径编程隧穿层b(8)并流出到可互换电极b(2)的负电荷,通过上述过程增加可编程浮栅(5)内的净剩负电荷量或减少可编程浮栅(5)内的净剩正电荷量;

当可互换电极b(2)和可互换电极a(1)之间施加负电势差时,使来自可互换电极a(1),途径编程隧穿层a(7)流入到可编程浮栅(5)的正电荷多于来自可编程浮栅(5)途径编程隧穿层b(8)并流出到可互换电极b(2)的正电荷,由此增加可编程浮栅(5)内的净正电荷量或减少可编程浮栅(5)内的净剩负电荷量。

5.根据权利要求3所述源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管的控制方法,其特征在于:可编程浮栅(5)为由金属、合金、多晶硅、氮化硅等材料所构成的区域,其内部净剩电荷类型和电荷量是通过对可互换电极b(2)和可互换电极a(1)之间施加电势,且使得编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8)产生绝缘层隧道效应来改变的;当可编程浮栅(5)内的净剩电荷为正电荷时,会对半导体薄膜区(3)产生电场效应并阻挡半导体薄膜区(3)内的正电荷“空穴”在可互换电极a(1)和可互换电极b(2)两侧之间流动,由此控制源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管工作在N型模式;当可编程浮栅(5)内的净剩电荷为负电荷时,会对半导体薄膜区(3)产生电场效应并阻挡半导体薄膜区(3)内的负电荷“电子”在可互换电极a(1)和可互换电极b(2)两侧之间流动,由此控制源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管工作在P型模式。

6.一种如权利要求1所述源漏辅助可编程单栅肖特基势垒晶体管的制造方法,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(10),硅衬底的上面是SOI晶圆的衬底绝缘层(9),SOI晶圆的衬底绝缘层(9)的上表面为半导体薄膜,通过光刻、刻蚀和淀积工艺,初步形成可互换电极a(1)和可互换电极b(2)的部分区域;

步骤二:通过刻蚀工艺,刻蚀掉步骤一中半导体薄膜的上下左右部分区域至露出SOI晶圆的衬底绝缘层(9),形成半导体薄膜区(3);

步骤三:通过淀积工艺,在可互换电极a(1)、可互换电极b(2)和半导体薄膜区(3)的上方和侧面形成绝缘介质层后平坦化处理,初步形成栅电极绝缘层(4);

步骤四:通过刻蚀工艺,刻蚀掉步骤三所初步形成的栅电极绝缘层(4)上方和下方的部分区域,进一步形成栅电极绝缘层(4);

步骤五:通过淀积工艺,在步骤四所形成的栅电极绝缘层(4)上方淀积绝缘介质后平坦化处理至露出栅电极绝缘层(4)上表面,初步形成绝缘介质层(11);

步骤六:通过光刻、刻蚀工艺,刻蚀掉栅电极绝缘层(4)两侧的部分区域至露出SOI晶圆的衬底绝缘层(9),刻蚀掉位于电极绝缘层(4)上下两侧的绝缘介质层(11)的与半导体薄膜区(3)的左右两侧相对应的区域至露出SOI晶圆的衬底绝缘层(9),被刻蚀掉的区域为形成栅电极(6)的部分区域预留空间;同步刻蚀掉位于电极绝缘层(4)上下两侧的绝缘介质层(11)的与半导体薄膜区(3)的中央区域所对应的部分区域至露出SOI晶圆的衬底绝缘层(9),为可编程浮栅(5)的部分区域预留空间;

步骤七:通过淀积工艺,在步骤六所形成的结构的上方淀积金属、合金或金属硅化物并平坦化至露出栅电极绝缘层(4),初步形成位于栅电极绝缘层(4)上下两侧的栅电极(6)和可编程浮栅(5)的部分区域,并进一步形成可互换电极a(1)、可互换电极b(2);

步骤八:通过淀积工艺淀积绝缘介质,并通过光刻、刻蚀工艺,露出步骤七所形成的栅电极(6),以及栅电极(6)所对应的栅电极绝缘层(4)的部分区域的上表面,同时露出步骤七所形成的可编程浮栅(5)的部分区域以及与可编程浮栅(5)的部分区域所对应的栅电极绝缘层(4)的部分区域的上表面,同时露出步骤七所形成的可互换电极a(1)、可互换电极b(2)的部分区域的上表面,并再次通过淀积工艺淀积金属、合金或金属硅化物后平坦化处理至露出绝缘介质层(11),进一步形成可互换电极a(1)、可互换电极b(2)、可编程浮栅(5)、栅电极(6)和绝缘介质层(11);

步骤九:通过淀积工艺淀积绝缘介质,并通过光刻、刻蚀工艺,露出步骤八所形成的位于栅电极绝缘层(4)一侧的栅电极(5)的左右两侧部分区域的上表面以及与位于栅电极绝缘层(4)一侧的栅电极(5)的左右两侧部分区域所对应的绝缘介质层(11)的部分区域,为位于栅电极绝缘层(4)一侧的栅电极(5)的左右两侧部分互连区域预留空间;同时露出步骤八所形成的可互换电极a(1)、可互换电极b(2)的部分区域的上表面以及可编程浮栅(5)中央的部分区域的上表面,并再次通过淀积工艺淀积金属、合金或金属硅化物后平坦化处理至露出绝缘介质层(11),进一步形成可互换电极a(1)、可互换电极b(2)、可编程浮栅(5)、栅电极(6)和绝缘介质层(11);

步骤十:通过淀积工艺淀积绝缘介质,并通过光刻、刻蚀工艺,刻蚀掉步骤九所形成的可互换电极a(1)、可互换电极b(2)以及栅电极绝缘层(4)的正上方所对应的区域至露出可互换电极a(1)、可互换电极b(2)和可编程浮栅(5),并再次通过淀积工艺淀积金属、合金或金属硅化物后平坦化处理至露出绝缘介质层(11),再通过刻蚀工艺刻蚀掉位于步骤九所形成的可编程浮栅(5)的上方左右两侧的金属、合金或金属硅化物的部分区域至露出绝缘介质层(11),进一步形成可互换电极a(1)、可互换电极b(2)以及可编程浮栅(5),并为编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8)预留空间,再通过淀积工艺淀积绝缘材料,平坦化至露出可互换电极a(1)、可互换电极b(2)、可编程浮栅(5)和绝缘介质层(11),形成编程隧穿层a(7)和编程隧穿层b(8);

步骤十一:通过淀积工艺淀积绝缘介质,并通过光刻、刻蚀工艺,刻蚀掉步骤十所形成的可互换电极a(1)、可互换电极b(2),并再次通过淀积工艺淀积金属、合金或金属硅化物后平坦化处理至露出绝缘介质层(11),进一步形成可互换电极a(1)和可互换电极b(2)。