[发明专利]SOI叉指结构衬底Ⅲ‑Ⅴ族材料沟道薄膜晶体管及制备方法

权利要求书

1.一种SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管，包括：

一SOI衬底，该SOI衬底的顶层硅上的一侧包括一源区，另一侧为漏区，中间为硅亚微米线，该硅亚微米线为叉指结构；

一绝缘介质层，该绝缘介质层制作在该源区和漏区的表面，该源区和漏区上的绝缘介质层上分别开有电极窗口，该绝缘介质层的材料为SiO₂，厚度为5-20nm；

一III-V族材料薄膜，其制作在叉指结构的硅亚微米线上；

一栅介质层，该栅介质层制作在该III-V族材料薄膜的表面；

一源电极，该源电极制作在该源区电极窗口内，该源电极与SOI衬底的顶层硅接触；

一漏电极，该漏电极制作在该漏区介质层窗口内，该漏电极与SOI衬底的顶层硅接触；以及

一栅电极，该栅电极制作于栅介质层上。

2.根据权利要求1所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管，其中该SOI衬底的顶层硅为(110)晶面。

3.根据权利要求1所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管，其中该栅介质层的材料为Al₂O₃、HfO₂、Si₃N₄、ZrO₂、Ta₂O₅、BST或PZT，其厚度为5nm-20nm。

4.根据权利要求1所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管，其中该源区、漏区和硅亚微米线在距离该SOI衬底上表面20nm-100nm内采用N型掺杂，掺杂浓度为10¹⁸cm^-3-10¹⁹cm^-3。

5.根据权利要求1所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管，其中源电极、漏电极和栅电极的材料为金、铜、铝或多晶硅。

6.一种SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管的制备方法，包括如下步骤：

步骤1：选取未掺杂的SOI衬底，该SOI衬底的顶层硅为(110)晶面，在SOI衬底的顶层硅的表面制作厚度为5nm-20nm的绝缘介质层；

步骤2：对SOI衬底的顶层硅表面采用离子注入方式对SOI衬底进行N型掺杂；

步骤3：快速热退火激活掺杂原子；

步骤4：在绝缘介质层上刻蚀出有源区和漏区；

步骤5：在源区和漏区之间、SOI衬底的顶层硅上刻蚀出硅亚微米线，该硅亚微米线为叉指结构；

步骤6：在硅亚微米线的顶面和侧壁上外延生长厚度为50nm-200nm的III-V族材料薄膜，并实现叉指结构区域的整体覆盖；

步骤7：对III-V族材料薄膜顶面采用(NH₄)₂S溶液进行表面钝化处理；

步骤8：在III-V材料薄膜的表面上生长栅介质层；

步骤9：在源区和漏区上的绝缘介质层上制作电极窗口，并在电极窗口中分别制作源电极和漏电极，该源电极和漏电极与SOI衬底的顶层硅接触；

步骤10：在栅介质层上制作栅电极，完成器件的制备。

7.根据权利要求6所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管制备方法，其中该栅介质层的材料为Al₂O₃、氮氧化物、HfO₂、Si₃N₄、ZrO₂、Ta₂O₅、BST或PZT，其厚度为5nm-20nm。

8.根据权利要求6所述的SOI叉指结构衬底的III-V族材料沟道薄膜晶体管制备方法，其中对SOI衬底进行N型掺杂，掺杂浓度为10¹⁸cm^-3-10¹⁹cm^-3，掺杂厚度为20nm-100nm。