[发明专利]硅晶面依赖的纳米结构晶体管及制备方法

说明书

本发明公开了一种基于绝缘层上硅衬底的硅晶面依赖的纳米结构晶体管，该晶体管结构包括：硅衬底；氧化物绝缘层，制作在硅衬底上；硅晶面依赖的纳米结构，制作在氧化绝缘层上；源区和漏区的硅电导台面，均制作在氧化物绝缘层上，分别位于硅晶面依赖的纳米结构的两端并与硅晶面依赖的纳米结构两端连接，该硅晶面依赖的纳米结构和源区、漏区的硅电导台面形成类似工字形结构；氧化物薄层包裹在源区、漏区硅电导台面和硅晶面依赖的纳米结构的表面；栅极导电条，包裹在硅晶面依赖的纳米结构的氧化物薄层上，并垂直于硅晶面依赖的纳米结构。本发明同时公开了一种利用晶面依赖制作纳米结构晶体管的方法。

技术领域

本发明涉及纳米结构晶体管制作领域，尤其涉及一种基于绝缘层上硅(SOI)衬底的硅晶面依赖的纳米结构晶体管结构及其制备方法。

背景技术

随着集成电路制造技术的不断进步，目前金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)的特征尺寸已经实现14nm，其物理栅长甚至已经小于20nm。晶体管尺寸按摩尔定律继续减小面临巨大的挑战，因此基于纳米线的电子器件成为研究的热点。

各向异性腐蚀指的是硅的不同晶向具有不同的腐蚀速率。硅的腐蚀速率除了与晶面有关外，还受到腐蚀剂类型、配比、反应温度的影响。根据这些特性，可以选择合适的晶面制造自己想要的器件结构，电可以通过选择不同的腐蚀剂类型、配比、反应温度来调控腐蚀速率，最终腐蚀出理想的晶向截面。

晶向依赖的硅腐蚀技术的实质是硅的各向异性腐蚀。现有技术的一种方式是通过调整小平面与{111}平面的角度，利用硅片在KOH水溶液中各向异性腐蚀制造具有小闪光角度(低于5°)的三角形凹槽；现有技术的另一种方式利用{110}硅片在KOH溶液中的腐蚀特性产生的沿(111)平面的亚微米电容性间隙的倾斜电极实现正交调谐，制作了具有倾斜正交调谐电极的新型谐振陀螺仪。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于绝缘上层硅(SOI)衬底的硅晶面依赖的纳米结构晶体管及制备方法，使硅纳米结构表面更为光滑，有效控制沟道区域的表面态，从而实现更为理想的阈值、亚阈值摆幅和电流开关比。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种基于绝缘上层硅(SOI)衬底的硅晶面依赖的纳米结构晶体管，包括：

一硅衬底；

一氧化物绝缘层制作在硅衬底上；

一硅晶面依赖的纳米结构制作在氧化物绝缘层上；

一源区和一漏区的硅电导台面制作在氧化物绝缘层上，分别位于硅晶面依赖的纳米结构的两端并与硅晶面依赖的纳米结构两端连接，该硅晶面依赖的纳米结构和源区、漏区的硅电导台面形成一类似工字形结构；

一氧化物薄层包裹在源区、漏区硅电导台面和硅晶面依赖的纳米结构的表面；

一多晶硅栅条，包裹在硅晶面依赖的纳米结构的氧化物薄层上，并垂直于硅晶面依赖的纳米结构；

一源极和漏极分别制作在源区和漏区硅电导台面上；

一栅极制作在多晶硅栅条上。

其中所述的硅晶面依赖的纳米结构为硅{100}晶面和硅{111}晶面相接围成等腰梯形截面或等腰三角形截面的硅纳米线结构。

其中所述的制作在SiO₂绝缘层上的源区、漏区硅电导台面，与硅晶面依赖的纳米结构可以为同一掺杂类型，也可以为不同掺杂类型。

其中所述的硅晶面依赖的纳米结构以表面覆盖的氧化薄层和绝缘层上硅(SOI)的埋氧层为干法刻蚀和各向异性化学腐蚀的保护层。