[發明專利]真空溝道晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 202110864029.4
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113594004B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 母志強;劉強;俞文杰
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01J9/02
• 分類號: H01J9/02;H01J9/18;H01J29/46;H01J29/48;H01J31/04;B82Y40/00
• 代理公司: 上海泰博知識產權代理有限公司 31451
• 代理人: 錢文斌

本發明提供了一種真空溝道晶體管的制備方法，所述制備方法至少包括：在第一硅襯底上沉積氧化物層；對所述氧化物層進行圖形化以形成圖形化區域，所述圖形化區域包括具有開口的空腔和自所述空腔底部貫穿所述氧化物層的溝槽；在所述溝槽內定位生長納米線，所述納米線自所述第一硅襯底朝所述空腔延伸并凸入于所述空腔；在所述空腔的與所述第一硅襯底相對的一側使所述氧化物層與第二硅襯底鍵合以形成內含所述空腔的SOI襯底。本發明也提供了一種真空溝道晶體管，其包括穿過所述氧化物層的頂部而進入所述真空空腔的納米線。所述制備方法可以與現有集成電路的制造工藝完全兼容，經由所述制備方法可獲得源極與漏極之間距離精確可調的真空溝道晶體管。

技術領域

本發明涉及一種半導體器件結構及其制備方法，特別是涉及一種真空晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著集成電路制造技術進入5nm技術節點，半導體器件的特征尺寸持續微縮已經迫近尺寸上的物理極限。受限于基于硅的固態器件中的載流子遷移率本質上受到晶格散射或雜質的影響，基于硅的器件不再能夠滿足在高頻或快速響應方面日益增長的需求。與固態器件中的情況相比，真空條件使電子實現彈道運輸而不發生碰撞或散射，這樣導致更快的載流子運輸。

納米級真空溝道晶體管(NVCT)自首次被提出之后，已經用于實現納米尺度真空溝道晶體管的機制包括場致發射、肖特基(Schottky)二極管中的二維電子氣發射和低維碳材料熱電子發射等。其中，一些低維材料形成的真空晶體管器件，例如Spindt型真空晶體管和全環繞柵納米真空溝道晶體管，由于具有高驅動電流和良好的輻射免疫的特性而獲得了廣泛關注。

然而，以上所述的真空晶體管器件的制備工藝復雜，諸如Spindt型的微針結構納米真空溝道晶體管存在難于大規模集成化、以及工作電壓高之類的缺點。因此，為了克服現有技術存在的技術缺陷，需要提供一種新型的真空溝道晶體管及其制備方法。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種真空溝道晶體管及其制備方法，用于解決現有真空溝道晶體管的制備工藝復雜，與現有集成電路制造技術難以完全兼容等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種真空溝道晶體管的制備方法，所述制備方法包括：一種真空溝道晶體管的制備方法，所述制備方法包括：在第一硅襯底上沉積氧化物層；對所述氧化物層進行圖形化以形成圖形化區域，所述圖形化區域包括具有開口的空腔和自所述空腔底部貫穿所述氧化物層的溝槽，所述溝槽的底部暴露出所述第一硅襯底，所述溝槽的寬度小于所述空腔的寬度；在所述溝槽內定位生長納米線，所述納米線自所述第一硅襯底朝所述空腔延伸并凸入于所述空腔；在所述空腔的與所述第一硅襯底相對的一側使所述氧化物層與第二硅襯底鍵合以形成內含所述空腔的SOI襯底；對所述第一硅襯底及所述氧化物層進行圖形化；和分別在圖形化的所述第一硅襯底上形成漏極接觸，在所述第二硅襯底上形成源極接觸，以及在圖形化的所述氧化物層上形成柵極。

可選地，所述納米線是自所述第一硅襯底外延生長的硅納米線、鍺納米線或硅鍺納米線。

可選地，所述氧化物層是氧化硅層，在真空條件下使所述第二硅襯底與所述氧化硅層直接鍵合。

可選地，所述溝槽的寬度為5nm-100nm。

可選地，所述空腔的高度為20nm-500nm。

可選地，所述納米線的頂端與所述第二硅襯底之間的距離小于100nm。

可選地，所述制備方法進一步包括：在使所述氧化物層與所述第二硅襯底鍵合之后執行退火工藝，所述退火工藝的溫度為900℃-1200℃，時間為5-15小時。

可選地，在對所述第一硅襯底進行圖形化之前，還包括對所述第一硅襯底進行減薄，減薄后的所述第一硅襯底的厚度為20nm-2μm。