[发明专利]三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法有效

专利信息
申请号: 201911087135.5 申请日: 2019-11-08
公开(公告)号: CN110752157B 公开(公告)日: 2021-06-22
发明(设计)人: 顾长志;孙驰;杨海方;金爱子;李俊杰 申请(专利权)人: 中国科学院物理研究所
主分类号: H01L21/336 分类号: H01L21/336;H01L29/78
代理公司: 北京市英智伟诚知识产权代理事务所(普通合伙) 11521 代理人: 刘丹妮;姚望舒
地址: 100190 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 三维 悬空 结构 半导体 场效应 晶体管 器件 制备 方法
【说明书】:

发明提供了一种制备三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管(MOSFET)器件的方法及其产品,其包括步骤:利用微纳加工技术对半导体材料进行表面处理和制备模型结构;对制备好的三维结构利用微纳加工技术进行栅介质层沉积;悬空环栅电极和悬空漏电极加工;利用聚焦离子束实现三维空间的电极互联。本发明是一种以三维结构为载体,利用各种微纳加工技术制备三维悬空环栅MOSFET的新方法。该方法具有工艺灵活、可控性好、方法新颖等特点,所制备的器件具有各向同性调控源漏之间的场效应,优秀的栅极控制,具有更小的漏端寄生电容,减少漏端电场扩散,提高器件集成密度等特点。

技术领域

本发明涉及三维微纳场效应晶体管器件技术领域,具体涉及一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法及其产品。

背景技术

随着电子集成技术的进一步发展,电子器件的小型化、高效化的需求逐渐的加大,但随着半导体器件尺寸不断缩小,通过等比例缩小器件尺寸来提高器件性能的方法即将接近极限,短沟道效应和亚阈性能退化亦限制了器件尺寸的进一步缩小,因此越来越多的研究者关注利用具有复杂几何栅结构的晶体管来增加栅极对晶体管沟道内的电流控制。在目前所有提出的多栅结构中,环形栅具有可以较好的减小芯片面积,节约制造成本,更小的漏端寄生电容,开关速度快等优点。

但目前的报道的三维悬空环栅晶体管为垂直型单根硅纳米线场效应晶体管。工艺流程包括电子束曝光定义图形,生长Si3N4作为硬掩模,刻蚀出直径百纳米的硅纳米柱,接着生长氧化铝作为介质层,然后通过多次旋涂绝缘材料以及接触空的刻蚀实现源栅漏的电极互联。通过这一工艺流程制备出的晶体管亚阈值摆幅低至80mV/dec,开关比高达107,驱动电流密度1.0*103μA/μm。但基于此方法制备的三维垂直型环栅晶体管工艺流程复杂,尤其是源、漏、栅的电极互联采用多次旋涂绝缘材料打孔增加了器件制备难度。怎样快速高效获得垂直型环栅器件,仍需要方法与技术上的创新与发展。

发明内容

因此,本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷,提供一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法及其产品。

在阐述本发明的技术方案之前,定义本文中所使用的术语如下:

术语“MOSFET”是指:Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Tran sistor,金属-氧化物半导体场效应晶体管。

术语“SOI”是指:Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅。

术语“pecvd”是指:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强化学气相沉积法。

为实现上述目的,本发明的第一方面提供了一种三维悬空环栅结构半导体场效应晶体管器件的制备方法,所述制备方法包括以下步骤:

(1)对顶层半导体材料进行掺杂或表面处理;

(2)在步骤(1)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出二维模型结构;优选地,所述微纳加工工艺为电子束曝光和/或紫外曝光;

(3)在步骤(2)得到的样品上利用刻蚀工艺按照模型结构加工出三维母版结构;优选地,所述刻蚀工艺为法刻蚀或干法刻蚀,更优选为反应离子刻蚀和/或电感耦合等离子体反应离子刻蚀;

(4)在步骤(3)得到的样品上利用微纳加工工艺制备出平面底部源电极;优选地,所述微纳加工工艺为光刻和/或镀膜工艺;更优选地,所述光刻工艺为电子束曝光和/或紫外曝光;所述镀膜工艺为电子束蒸发和/或热蒸发;

(5)在步骤(4)得到的样品上利用微纳加工工艺包裹栅介质层;优选地,所述微纳加工工艺为原子层沉积或有机金属气相沉积;

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