[發明專利]真空溝道晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 202110865729.5
• 申請日: 2021-07-29
• 公開（公告）號: CN113594006B
• 公開（公告）日: 2022-08-30
• 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: H01J9/18
• 分類號: H01J9/18;H01J9/02;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

1.一種真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：

在第一硅襯底上形成層疊結構，所述層疊結構包括第一電介質層、多晶硅層和第二電介質層，所述第二電介質層位于所述多晶硅層上；

對所述層疊結構進行圖形化以形成圖形化區域，所述圖形化區域包括空腔和位于底部的溝槽，所述圖形化區域形成為貫穿所述層疊結構以使得在所述溝槽的底部暴露出所述第一硅襯底；

在所述圖形化區域中形成第三電介質的側壁；

在形成有第三電介質側壁的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；

在所述空腔一側使所述第二電介質層與第二硅襯底鍵合以形成內含所述納米線的SOI襯底；

對所述第一硅襯底和所述多晶硅層進行圖形化；和

分別在圖形化的所述第一硅襯底上形成源極接觸，在所述第二硅襯底上形成漏極接觸，以及在圖形化的所述多晶硅層上制作出柵極的柵極接觸。

2.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于，在所述圖形化區域中形成所述第三電介質的側壁進一步包括以下步驟：

在所述層疊結構的表面上和所述圖形化區域中沉積所述第三電介質；

通過刻蝕工藝去除位于所述層疊結構的表面和所述溝槽的底部的所述第三電介質，以在所述圖形化區域的底部暴露出所述第一硅襯底。

3.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述第二電介質層是氧化硅和氮化硅中的任一種，或者氧化硅和氮化硅的雙層結構。

4.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述第一電介質層是氧化硅層，所述第一電介質層設置于所述多晶硅層與所述第一硅襯底之間，使得所述圖形化區域的溝槽由所述第一硅襯底與第一電介質的側壁界定。

5.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述溝槽的寬度與所述空腔的寬度相等。

6.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述溝槽的寬度小于所述空腔的寬度，使得所述空腔內的所述納米線與所述第三電介質的側壁之間形成有間隙。

7.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述納米線是通過外延工藝自所述第一硅襯底生長的硅納米線、鍺納米線或硅鍺納米線。

8.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述納米線的頂端與所述第二硅襯底之間的距離小于100nm。

9.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于：所述第三電介質是氧化硅和氮化硅中的任一種，或者氧化硅和氮化硅的雙層結構。

10.根據權利要求1所述的真空溝道晶體管的制作方法，其特征在于，所述制作方法進一步包括：在所述第一硅襯底進行圖形化之前，采用背面研磨技術或離子注入剝離技術使所述第一硅襯底減薄，減薄后的所述第一硅襯底的厚度為≤1μm。

11.一種真空溝道晶體管，其特征在于，所述真空溝道晶體管包括：

硅襯底，所述硅襯底形成有漏極，所述漏極上形成有漏極接觸，所述硅襯底上還形成有內含真空空腔的層疊結構，所述層疊結構包括第一電介質層、多晶硅層和第二電介質層，所述真空空腔的側壁形成有第三電介質；

頂層硅，所述頂層硅形成有源極，所述源極上形成有源極接觸，所述源極還包括自所述頂層硅穿過所述第一電介質層而進入所述真空空腔的納米線，所述納米線的頂端與所述源極之間形成真空溝道；和

柵極，包括環繞于所述真空空腔的所述多晶硅層以及位于所述多晶硅層上的柵極接觸，其中對所述柵極施加一偏壓以通過改變所述源極與所述漏極之間的電場強度來實現所述納米線中的電子密度和電子發射的勢壘的調控。