[發(fā)明專(zhuān)利]雜質(zhì)原子陣列晶體管及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910370984.5
• 申請(qǐng)日: 2019-05-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110085673B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭仰巖;韓偉華;竇亞梅;趙曉松;楊富華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所
• 主分類(lèi)號(hào): H01L29/775
• 分類(lèi)號(hào): H01L29/775;H01L21/335;B82Y10/00
• 代理公司: 中科專(zhuān)利商標(biāo)代理有限責(zé)任公司 11021
• 代理人: 喻穎

一種雜質(zhì)原子陣列晶體管，所述雜質(zhì)原子陣列晶體管包括，SOI基片，包括硅襯底、氧化物絕緣層以及頂層硅，由所述頂層硅形成源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面、漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)，其中：所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)連接所述源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面，所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)具有陣列的多個(gè)V型凹槽，每個(gè)所述V型凹槽內(nèi)形成單個(gè)雜質(zhì)原子摻雜的多晶硅納米晶。所述雜質(zhì)原子陣列晶體管達(dá)到雜質(zhì)原子數(shù)量和位置可控且室溫下可以觀察到量子效應(yīng)的效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于SOI(絕緣體上硅)基片的納米結(jié)構(gòu)晶體管及其制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種雜質(zhì)原子陣列晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路工藝的迅速發(fā)展，晶體管尺寸已經(jīng)縮小到亞10nm尺度。在如此小的納米尺度，分立的雜質(zhì)原子對(duì)器件的輸運(yùn)性能的影響變得至關(guān)重要。一系列基于雜質(zhì)原子晶體管的量子輸運(yùn)特性研究成為新的研究熱點(diǎn)。

無(wú)結(jié)硅納米線(xiàn)晶體管憑借其簡(jiǎn)單的制作工藝，環(huán)柵結(jié)構(gòu)的極強(qiáng)柵控能力，且與已有的硅工藝兼容的優(yōu)勢(shì)，成為納米尺度晶體管的重要方向。目前報(bào)道的無(wú)結(jié)硅納米線(xiàn)晶體管，通過(guò)摻雜在溝道中形成的雜質(zhì)原子其位置和數(shù)量很難實(shí)現(xiàn)精確控制，且僅能在低溫下觀察到量子效應(yīng)而在高溫下量子效應(yīng)被溫度熱能覆蓋。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種雜質(zhì)原子陣列晶體管及其制備方法，以期至少部分地解決上述提及的技術(shù)問(wèn)題中的至少之一。

為達(dá)到上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種雜質(zhì)原子陣列晶體管，所述雜質(zhì)原子陣列晶體管包括，SOI基片，包括硅襯底、氧化物絕緣層以及頂層硅，由所述頂層硅形成源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面、漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)，其中：所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)連接所述源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面，所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)具有陣列的多個(gè)V型凹槽，每個(gè)所述V型凹槽內(nèi)形成單個(gè)雜質(zhì)原子摻雜的多晶硅納米晶；

氧化物包裹層，形成于所述源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面、漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)表面；以及

多晶硅柵條，形成于所述氧化物包裹層上對(duì)應(yīng)于所述多個(gè)V型凹槽的區(qū)域，并沿與所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)的延展方向相垂直的方向，延伸至所述V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)的兩側(cè)。

作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種雜質(zhì)原子陣列晶體管的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

步驟1：在SOI基片上淀積掩膜層；

步驟2：在步驟1所制備的掩膜層上刻蝕陣列的矩形凹槽，形成硬掩模圖形；

步驟3：對(duì)步驟2所制備的矩形凹槽進(jìn)行各向異性濕法腐蝕，獲得陣列有多個(gè)V型凹槽的V型凹槽陣列硅納米結(jié)構(gòu)；

步驟4：在步驟3所制備的V型凹槽陣列硅納米結(jié)構(gòu)的多個(gè)所述V型凹槽內(nèi)分別沉積多晶硅納米晶，得到V槽型多晶硅納米晶陣列；

步驟5：對(duì)步驟4所得到的SOI基片的表面采用離子注入方式進(jìn)行摻雜，其中每個(gè)多晶硅納米晶中包含單個(gè)雜質(zhì)原子；

步驟6：在步驟5所得到的SOI基片的頂層硅上刻蝕制備源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面、漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)；

步驟7：在步驟6所制備的源區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面、漏區(qū)硅電導(dǎo)臺(tái)面和V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)表面形成氧化物包裹層；

步驟8：在步驟7制備的V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)的氧化物包裹層上，垂直于V槽型多晶硅納米晶陣列硅納米線(xiàn)的延展方向沉積多晶硅柵條，并覆蓋所述多個(gè)V型凹槽所對(duì)應(yīng)的區(qū)域。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明雜質(zhì)原子陣列晶體管及其制備方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：