[发明专利]一种氮化铝锥尖及栅极结构的制作方法

权利要求书

1.一种氮化铝锥尖的制作方法，包括以下步骤：

1)清洗衬底：取一块硅衬底(1)，采用常规的半导体超声清洗工艺清洗干净待用；

2)在硅衬底(1)上沉积氮化铝薄膜(2)：将经步骤1)清洗得到的硅衬底(1)，放入射频磁控溅射系统中进行射频磁控溅射，在硅衬底(1)上生长一层氮化铝薄膜(2)，其生长条件如下：基础真空为5×10^-4Pa，氮气/氩气混合的比例为(40-90)∶10体积比，衬底温度控制在300-800℃范围内，溅射气压为5-50mTorr；生长时间为2-10小时，在硅衬底(1)上生长出厚度为150～1800纳米的(002)取向的氮化铝薄膜(2)；

3)刻蚀氮化铝锥尖(3)：将步骤2)生长了氮化铝薄膜(2)的样品放入到聚焦离子束刻蚀系统中，当腔体真空度达5.5×10^-5mbar时，加5kV电子束高压；进行形貌观察，并进行样品定位；定好位后加镓离子束源，设置离子源束流；最后，通过预先设置刻蚀图样，按照预先设置刻蚀图样对生长了氮化铝薄膜(2)样品进行聚焦离子束刻蚀，得到氮化铝锥尖(3)结构；其中聚焦离子束刻蚀参数：使用镓离子源，离子束电压30kV，束流采用10-300pA。

2.按权利要求1所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，所述步骤3)替换为制备栅极氮化铝锥尖(3)结构的步骤3’)，具体工艺如下：

将步骤2)得到的在硅衬底(1)上生长(002)取向的氮化铝薄膜(2)的样品，采用磁控溅射工艺，在氮化铝薄膜(2)的表面沉积一用作生成栅极的金属层(4)，其中沉积温度为500℃，沉积的金属层(4)的厚度为30-200nm；溅射完毕等降温到60℃以下时，将样品从磁控溅射系统中取出；然后将沉积金属层(4)的样品放入到聚焦离子束刻蚀系统中，当腔体真空度达5.5×10^-5mbar时，加5kV电子束高压；进行形貌观察，并进行样品定位；定好位后加镓离子束源，设置离子源束流；最后，通过预先设置刻蚀图样，按照预先设置刻蚀图样对沉积金属层(4)的样品进行聚焦离子束刻蚀，得到金属层(4)将氮化铝锥尖(3)围在中心的栅极结构；其中聚焦离子束刻蚀参数：使用镓离子源，离子束电压30kV，束流采用10-300pA。

3.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括选择硅刻蚀方法，其主要参数：使用镓离子源，离子束电压为30kV，束流采用10-100pA，刻蚀圆环图样的外半径设定为0.5-5μm，内半径设定为20-500nm；点逗留时间为1.0μS，点重叠率为50％；在刻蚀过程中，通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

4.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括增强刻蚀步骤，所述的增强刻蚀步骤选择以卤素化合物为反应气体，具体工艺条件如下：选择使用镓离子源，离子束电压为30kV，刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.4μS，点重叠率为0％，外径设定为0.5-5μm，内半径设定为50-2000nm；在刻蚀过程中，通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

5.按权利要求4所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，所述的卤素化合物为碘、溴或氯。

6.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，在聚焦离子束刻蚀方式中还包括绝缘增强刻蚀步骤，所述的绝缘增强刻蚀步骤以二氟化氙作为反应气体，具体工艺条件如下：使用镓离子源，离子束电压为30kV，刻蚀束流10-300pA，点逗留时间为0.2μS，点重叠率为0％，刻蚀的圆环图样的外半径设定为0.5-5μm，内半径设定为50-1000nm；在刻蚀过程中，通过大束流进行初步刻蚀，然后通过小束流进行精细加工。

7.按权利要求1或2所述的氮化铝锥尖的制作方法，其特征在于，所述的聚焦离子束刻蚀系统为FEI-DB235型号的聚焦离子束刻蚀系统。

8.按权利要求2所述的栅极氮化铝锥尖的制作方法中，其特征在于，所述的制作栅极金属层(4)的金属为金、白金或铝。