[發(fā)明專利]基于硅納米晶粒束縛的雜質(zhì)原子晶體管及其制備方法

有效

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• 申請日: 2019-05-06
• 公開（公告）號: CN110148622B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳歆宇;韓偉華;楊富華
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所;中國科學(xué)院大學(xué)
• 主分類號: H01L29/06
• 分類號: H01L29/06;H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 中科專利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 李佳

1.一種基于硅納米晶粒束縛的雜質(zhì)原子晶體管，至少包括：

一源區(qū)(11)、一漏區(qū)(12)，對稱分布于一SOI襯底(10)之上；

一硅納米線結(jié)構(gòu)(13)，位于SOI襯底(10)之上，連接源區(qū)(11)與漏區(qū)(12)；以及

一含雜質(zhì)原子的硅納米晶粒(14)，鑲嵌于硅納米線結(jié)構(gòu)(13)中間的梯形凹槽中；

一柵極導(dǎo)電條(15)，覆蓋于所述硅納米線結(jié)構(gòu)(13)之上的絕緣介質(zhì)薄膜層之上；

所述柵極導(dǎo)電條(15)的覆蓋區(qū)域包括：平行于硅納米線結(jié)構(gòu)(13)方向上，完全覆蓋于硅納米晶粒(14)，但不完全覆蓋硅納米線結(jié)構(gòu)(13)；并在垂直于硅納米線結(jié)構(gòu)(13)方向上延展。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)原子晶體管，該雜質(zhì)原子晶體管還包括：

絕緣介質(zhì)薄膜層，制備于所述源區(qū)(11)、漏區(qū)(12)、硅納米線結(jié)構(gòu)(13)及硅納米晶粒(14)的表面，用于作為絕緣層和保護(hù)層；以及

電極結(jié)構(gòu)，包括：

源電極(16)，位于所述源區(qū)(11)上；

漏電極(17)，位于所述漏區(qū)(12)上；以及

柵電極(18)，位于所述柵極導(dǎo)電條(15)上。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)原子晶體管，其特征在于，所述SOI襯底(10)從下至上包括：襯底硅、埋氧層和頂層硅。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)原子晶體管，其特征在于，所述源區(qū)(11)、漏區(qū)(12)、硅納米線結(jié)構(gòu)(13)以及硅納米晶粒(14)的摻雜類型為N型或P型；摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3至1×10¹⁹cm^-3之間。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雜質(zhì)原子晶體管，其特征在于，所述絕緣介質(zhì)薄膜層采用的材料為SiO₂、HfO₂、ZrO₂、Ta₂O₅、Si₃N₄、(Ba，Sr)TiO₃、Pb(Zr_xTi_1-x)O₃，或氮氧化物，其中0≤x≤1。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的雜質(zhì)原子晶體管，其特征在于，所述柵極導(dǎo)電條(15)采用的材料為多晶硅、多晶硅/鍺、金屬、金屬化合物或其組合。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的雜質(zhì)原子晶體管，其特征在于，所述源電極(16)和漏電極(17)采用的材料為退火處理后的Ni/Al合金；所述柵電極(18)采用的材料為多晶硅或金屬Ti/Al。

8.一種制備權(quán)利要求1至7任一項所述的基于硅納米晶粒束縛的雜質(zhì)原子晶體管的方法，至少包括：

形成一梯形凹槽結(jié)構(gòu)(112)于SOI襯底(10)之上；

淀積多晶硅于梯形凹槽結(jié)構(gòu)(112)中；

對淀積多晶硅后的SOI襯底(10)進(jìn)行離子注入；以及

在SOI襯底(10)的頂層硅上，制備得到源區(qū)(11)、漏區(qū)(12)、硅納米線結(jié)構(gòu)(13)和硅納米晶粒(14)。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述形成一梯形凹槽結(jié)構(gòu)包括：

淀積一SiO₂掩膜層(111)于SOI襯底(10)之上；

在SiO₂掩膜 層(111)中間部分刻蝕得到一矩形凹槽，形成硬掩膜圖形；以及

通過各向異性濕法腐蝕所述矩形凹槽，腐蝕頂層硅至埋氧層，得到由硅[111]晶面圍成的一梯形凹槽結(jié)構(gòu)(112)。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述源區(qū)(11)、漏區(qū)(12)、硅納米線結(jié)構(gòu)(13)和硅納米晶體(14)是通過納米光刻和干法刻蝕制備得到的。