[發明專利]基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管及制備方法

有效

• 申請號: 202011479891.5
• 申請日: 2020-12-15
• 公開（公告）號: CN112614865B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 楊沖;韓偉華;陳俊東;張曉迪;郭仰巖;楊富華
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L27/24
• 分類號: H01L27/24;H01L29/423;H01L45/00;H01L29/06;H01L29/10;H01L29/51;H01L29/78;H01L21/28;H01L21/336
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 鄢功軍

1.一種基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，包括：

SOI襯底；

所述SOI襯底的頂層硅通過刻蝕形成納米線結構、源區和漏區，所述源區和所述漏區分別設置與所述納米線結構的兩端，其中，所述納米線結構、所述源區和所述漏區表面覆蓋有第一絕緣柵介質層，所述源區上側設置有源電極，所述漏區上側設置有漏電極；

所述納米線結構表面覆蓋有相變柵介質層，所述相變柵介質層設置于所述第一絕緣柵介質層上側；所述相變柵介質層垂直于所述納米線結構軸線方向，所述相變柵介質層兩端覆蓋于所述SOI襯底上側；

所述相變柵介質層上側設置有第二絕緣柵介質層，所述第二絕緣柵介質層兩端分別設置有第一接觸孔和第二接觸孔，所述第一接觸孔和所述第二接觸孔分別位于所述納米線結構兩側；

所述第二絕緣柵介質層一端上側設置有主柵電極，所述主柵電極通過所述第一接觸孔與所述相變柵介質層連接，且所述主柵電極覆蓋于所述納米線上側；所述第二絕緣柵介質層另一端上側設置有副柵電極，所述副柵電極通過所述第二接觸孔與所述相變柵介質層連接。

2.根據權利要求1所述的基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，所述相變柵介質層的材料為Ge₂Sb₂Te₅、SbTe、GeTe、SiSbTe或GeSb。

3.根據權利要求1所述的基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，所述源區、所述漏區和所述納米線結構的摻雜類型為N型或P型。

4.根據權利要求1所述的基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，所述納米線結構長度為100～2000nm，截面長度尺寸范圍10～100nm，截面寬度尺寸范圍10～100nm。

5.根據權利要求1所述的基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，所述第一絕緣柵介質層和第二絕緣柵介質層的材料包括以下之一：SiO₂、氮氧化物、TiO₂、HfO₂、Si₃N₄、ZrO₂、Ta₂O₅或鈦酸鍶鋇BST。

6.根據權利要求1所述的基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管，其特征在于，所述源電極和所述漏電極為鋁或鎳；所述主柵電極和所述副柵電極為多晶硅、多晶硅鍺、氮化鈦或鈦鋁合金。

7.一種基于相變材料存儲柵的無結硅納米線晶體管的制備方法，其特征在于，包括：

在SOI襯底表面通過熱氧化生成氧化物掩膜層；

在所述氧化物掩膜層表面通過離子注入的方法注入N型或P型雜質，隨后進行快速熱退火處理；

依次采用電子束曝光、二氧化硅刻蝕、硅刻蝕的方法，在SOI襯底表面上制作出源區、漏區和納米線結構；

在所述源區、所述漏區和所述硅納米線結構表面通過熱氧化或原子層沉積的方法生成第一絕緣柵介質層；

通過磁控濺射在所述第一絕緣柵介質層上覆蓋相變材料層；

依次通過電子束曝光和干法刻蝕的方法對所述相變材料層進行處理，制作相變柵介質層；

通過原子層沉積的方法或PECVD工藝在所述相變柵介質層上生成第二絕緣柵介質層；

在所述源區和所述漏區上分別制作源電極和漏電極；

在所述第二絕緣柵介質層上制作連接主柵電極、副柵電極與所述相變柵介質層的第一接觸孔和第二接觸孔；

通過化學氣相沉積或金屬濺射的方法在所述第二絕緣柵介質層上覆蓋柵電極材料層，其中，所述柵電極材料層的材料包括以下之一：多晶硅、多晶硅鍺、氮化鈦或鈦鋁合金；

依次通過電子束曝光和干法刻蝕的方法在所述柵電極材料層上制作所述主柵電極和所述副柵電極。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述氧化物掩膜層的厚度為5～20nm。