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专利号: 2021108001712
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:2024-11-12
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片,其特征在于,该数字芯片的底部设有硅晶圆衬底(1),所述硅晶圆衬底(1)的上方设有掩埋绝缘氧化层(2),掩埋绝缘氧化层(2)为绝缘材料层,掩埋绝缘氧化层(2)的上方设有无掺杂半导体层(3)、低肖特基势垒源区(4)、高肖特基势垒源区(6)、低肖特基势垒漏区(5)、高肖特基势垒漏区(7)、隔离绝缘介质(8)、栅控绝缘层(9)、近源栅电极(11)和近漏栅电极(12);无掺杂半导体层(3)为杂质浓度

15 ‑3

低于10 cm 的半导体层,无掺杂半导体层(3)的上表面和前后侧表面的左右两侧与栅控绝缘层(9)相互接触;无掺杂半导体层(3)的上表面和前后侧表面的中央部分与隔离绝缘介质(8)相互接触;低肖特基势垒源区(4)和高肖特基势垒源区(6)为金属、合金或金属硅化物;

低肖特基势垒源区(4)位于无掺杂半导体层(3)的左侧;低肖特基势垒源区(4)的右侧表面与无掺杂半导体层(3)的左侧表面相互接触的区域形成阻挡型接触;低肖特基势垒源区(4)与无掺杂半导体层(3)的导带底之间所形成的势垒高度低于低肖特基势垒源区(4)与无掺杂半导体层(3)的价带顶之间所形成的势垒高度;高肖特基势垒源区(6)位于无掺杂半导体层(3)的左侧;高肖特基势垒源区(6)的右侧表面与无掺杂半导体层(3)的左侧表面相互接触的区域形成阻挡型接触;高肖特基势垒源区(6)与无掺杂半导体层(3)的导带底之间所形成的势垒高度高于低肖特基势垒源区(4)与无掺杂半导体层(3)的价带顶之间所形成的势垒高度;低肖特基势垒源区(4)的前侧表面和高肖特基势垒源区(6)的后侧表面与隔离绝缘介质(8)相互接触;低肖特基势垒源区(4)的后侧表面与高肖特基势垒源区(6)的前侧表面相互接触;低肖特基势垒源区(4)和高肖特基势垒源区(6)的上表面的左侧与源电极(13)相互接触,低肖特基势垒源区(4)和高肖特基势垒源区(6)的上表面的右侧与隔离绝缘介质(8)相互接触;

低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7)为金属、合金或金属硅化物;低肖特基势垒漏区(5)设于无掺杂半导体层(3)的右侧;低肖特基势垒漏区(5)的左侧表面与无掺杂半导体层(3)的右侧表面相互接触的区域形成阻挡型接触;低肖特基势垒漏区(5)与无掺杂半导体层(3)的导带底之间所形成的势垒高度低于低肖特基势垒漏区(5)与无掺杂半导体层(3)的价带顶之间所形成的势垒高度;高肖特基势垒漏区(7)位于无掺杂半导体层(3)的右侧;高肖特基势垒漏区(7)的左侧表面与无掺杂半导体层(3)的右侧表面相互接触的区域形成阻挡型接触;高肖特基势垒漏区(7)与无掺杂半导体层(3)的导带底之间所形成的势垒高度高于低肖特基势垒漏区(7)与无掺杂半导体层(3)的价带顶之间所形成的势垒高度;低肖特基势垒漏区(5)的后侧表面和高肖特基势垒漏区(7)的前侧表面与隔离绝缘介质(8)相互接触;低肖特基势垒漏区(5)的前侧表面与高肖特基势垒漏区(7)的后侧表面相互接触;

低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7)的上表面的右侧与漏电极(14)相互接触,低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7)的上表面的左侧与隔离绝缘介质(8)相互接触;隔离绝缘介质(8)为绝缘体;近源栅控绝缘层(9)为绝缘体;近源栅控绝缘层(9)的上表面和前后侧表面与近源栅电极(11)相互接触;近漏栅控绝缘层(10)的上表面和前后侧表面与近漏栅电极(12)相互接触;近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)为金属、合金、多晶硅或金属硅化物;近源栅电极(11)与近源栅控绝缘层(9)的上表面以及前后侧表面相互接触,近源栅电极(11)通过栅控绝缘层(9)与无掺杂半导体层(3)彼此相互绝缘隔离,近源栅电极(11)通过隔离绝缘介质(8)与源电极(13)和漏电极(14)彼此绝缘隔离;近漏栅电极(12)与近漏栅控绝缘层(10)的上表面以及前后侧表面相互接触,近漏栅电极(12)通过栅控绝缘层(10)与无掺杂半导体层(3)彼此相互绝缘隔离,近漏栅电极(12)通过隔离绝缘介质(8)与源电极(13)和漏电极(14)彼此绝缘隔离;近源栅电极(11)与近漏栅电极(12)通过隔离绝缘介质(8)彼此绝缘隔离;源电极(13)为金属、合金或金属硅化物,源电极(13)的下表面与低肖特基势垒源区(4)和高肖特基势垒源区(6)的上表面的左侧相互接触;漏电极(14)为金属、合金或金属硅化物,漏电极(14)的下表面与低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7)的上表面的右侧相互接触并形成欧姆类型的反阻挡层接触。

2.一种如权利要求1所述的高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片的使用方法,其特征在于:近源栅电极(11)为XNOR逻辑的一个输入端;近漏栅电极(12)为XNOR逻辑的另一个输入端;漏电极(14)为XNOR逻辑的电源电压输入端;源电极(13)为XNOR逻辑输出端;当近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)同时处于正向偏置,且漏电极(14)处于正向偏置,无掺杂半导体层(3)在近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)的共同作用下,通过电场效应在掺杂半导体层(3)的导带形成电子沟道,使电子从源电极(13)流至低肖特基势垒源区(4),并经过无掺杂半导体层(3)的导带形成的电子沟道流向低肖特基势垒漏区(5),再从漏电极(14)流出,高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片此时处于低阻状态,当高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片通过源电极(13)与外部负载电路连接时,高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片输出逻辑1;当近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)同时处于反向偏置,且漏电极(14)处于正向偏置,无掺杂半导体层(3)在近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)的共同作用下,通过电场效应在掺杂半导体层(3)的价带形成空穴沟道,使空穴从漏电极(14)流至高肖特基势垒漏区(7),并经过无掺杂半导体层(3)的价带形成的空穴沟道流向高肖特基势垒源区(6),再从源电极(1)流出,高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片此时处于低阻状态,当高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片通过源电极(13)与外部负载电路连接时,高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片输出逻辑1;当近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)其中一个处于正向偏置,另一个处于反向偏置,且漏电极(14)处于正向偏置,近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)之中处于正向偏置的一个通过电场效应阻挡空穴从漏电极(14)流向源电极(13),近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)之中处于反向偏置的一个通过电场效应阻挡电子从源电极(13)流向漏电极(14),高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片此时处于高阻状态,当高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片通过源电极(13)与外部负载电路连接时,高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片输出逻辑0。

3.一种如权利要求1所述的高低肖特基势垒无掺杂XNOR逻辑数字芯片的制造方法,其特征在于:制造步骤如下:

步骤一:提供一个SOI晶圆,最下方为硅晶圆衬底(1),硅衬底的上面是掩埋绝缘氧化层(2),掩埋绝缘氧化层(2)的上表面为半导体薄膜,通过光刻、刻蚀和淀积工艺,初步形成半导体薄膜(3);

步骤二:通过淀积工艺,在步骤二基础之上淀积隔离绝缘介质,再通过平坦化处理至露出半导体薄膜(3),初步形成隔离绝缘介质(8);再通过刻蚀工艺刻蚀掉半导体薄膜(3)的左右两侧的部分区域至露出掩埋绝缘氧化层(2),进一步形成半导体薄膜(3);通过淀积金属、合金或金属硅化物后进行平坦化处理至露出半导体薄膜(3),再通过刻蚀工艺刻蚀掉半导体薄膜(3)左右两侧的金属、合金或金属硅化物的后侧部分区域,形成低肖特基势垒源区(4)和低肖特基势垒漏区(5),再次通过淀积金属、合金或金属硅化物后进行平坦化处理至露出半导体薄膜(3),形成低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7);

步骤三:通过刻蚀工艺刻蚀掉半导体薄膜(3)前后表面的左右两侧部分所对应的隔离绝缘介质(8)的部分区域至露出掩埋绝缘氧化层(2),进一步形成隔离绝缘介质(8);

步骤四:通过淀积工艺,在步骤三基础之上淀积栅控绝缘层,再通过平坦化处理至露出半导体薄膜(3),初步形成近源栅控绝缘层(9)和近漏栅控绝缘层(10);

步骤五:通过光刻、刻蚀工艺,刻蚀掉步骤四所形成的位于半导体薄膜(3)的上方部分的近源栅控绝缘层(9)的上方区域至露出掩埋绝缘氧化层(2);刻蚀掉步骤四所形成的位于半导体薄膜(3)的上方部分的近漏栅控绝缘层(10)的上方区域至露出掩埋绝缘氧化层(2);

刻蚀掉步骤四所形成的位于半导体薄膜(3)的下方部分的近源栅控绝缘层(9)的下方区域至露出掩埋绝缘氧化层(2);刻蚀掉步骤四所形成的位于半导体薄膜(3)的下方部分的近漏栅控绝缘层(10)的下方区域至露出掩埋绝缘氧化层(2);进一步形成近源栅控绝缘层(9)和近漏栅控绝缘层(10),并为近源栅电极(11)和近漏栅电极(12)的部分区域预留空间;

步骤六:通过淀积工艺,在步骤五基础之上淀积金属、合金、多晶硅或金属硅化物,再通过平坦化处理至露出半导体薄膜(3),初步形成近源栅电极(11)和近漏栅电极(12);

步骤七:通过淀积工艺,在步骤六基础之上淀积绝缘层,进一步形成隔离绝缘介质(8);

并通过刻蚀工艺刻蚀掉绝缘层左右两侧中央部分至露出半导体薄膜(3),再通过淀积工艺淀积绝缘层,再通过平坦化处理至露出隔离绝缘介质(8),进一步形成近源栅控绝缘层(9)和近漏栅控绝缘层(10);再通过刻蚀工艺刻蚀掉位于半导体薄膜(3)的上方部分的近源栅控绝缘层(9)的上方区域至露出步骤六所初步形成的近源栅电极(11)和位于半导体薄膜(3)的下方部分的近源栅控绝缘层(9)的下方区域至露出步骤六所初步形成的近源栅电极(11);刻蚀掉位于半导体薄膜(3)的上方部分的近漏栅控绝缘层(10)的上方区域至露出步骤六所初步形成的近漏栅电极(12)和位于半导体薄膜(3)的下方部分的近漏栅控绝缘层(10)的下方区域至露出步骤六所初步形成的近漏栅电极(12);再通过淀积工艺淀积金属、合金、多晶硅或金属硅化物,再通过平坦化处理至露出隔离绝缘介质(8),进一步形成近源栅电极(11)和近漏栅电极(12);

步骤八:通过淀积工艺,在步骤七基础之上淀积绝缘层,平坦化后再通过刻蚀工艺刻蚀掉位于步骤七所生成的近源栅电极(11)、近漏栅电极(12)以及近源栅控绝缘层(9)和近漏栅控绝缘层(10)上方的绝缘层,进一步形成隔离绝缘介质(8),再通过淀积工艺淀积金属、合金、多晶硅或金属硅化物,平坦化至露出隔离绝缘介质(8),进一步形成近源栅电极(11)和近漏栅电极(12);

步骤九:通过刻蚀工艺,在步骤八基础之上刻蚀掉部分隔离绝缘介质(8)至露出低肖特基势垒源区(4)和高肖特基势垒源区(6)左侧的上表面,及低肖特基势垒漏区(5)和高肖特基势垒漏区(7)右侧的上表面,为源电极(13)和漏电极(14)预留空间;

步骤十:通过淀积工艺,在步骤九基础之上淀积金属、合金或金属硅化物,再通过平坦化处理至露出隔离绝缘介质(8)的上表面,形成源电极(13)和漏电极(14)。