一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，包括步驟1）提供SGOI襯底結(jié)構(gòu)；2）刻蝕SiGe層，形成SiGe納米線陣列；3）對步驟2）的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，得到表面被SiO2層包裹的鍺納米線陣列；4）去除包裹在納米線兩端表面的SiO2層，裸露出鍺納米線的兩端；5）在鍺納米線的延長線上沉積金屬引線、源極電極和漏極電極，在硅襯底上制作柵極電極；6）在步驟5）的結(jié)構(gòu)表面形成Si3N4保護層；7）去除納米線圖形區(qū)域和金屬電極圖形區(qū)域內(nèi)的Si3N4保護層，直至完全露出鍺納米線、源極電極和漏極電極。本發(fā)明的鍺納米線基于自上而下的方法，工藝過程簡單，可控性強，與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全兼容，成本較低，適于工業(yè)生產(chǎn)。
【專利說明】一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導體器件的制造領(lǐng)域，涉及一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著集成電路特征尺寸的不斷縮小，場效應(yīng)晶體管(MOSFET)的短溝道效應(yīng)越來越嚴重。由于雙柵、三柵、Ω柵和圍柵結(jié)構(gòu)可有效增大MOS的器件驅(qū)動電流，抑制器件短溝道效應(yīng)和關(guān)態(tài)電流，從而受到了學術(shù)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。
[0003]近年來，一維納米材料如納米線、納米管、納米棒由于其具有傳統(tǒng)材料所不具備的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特殊性能正成為納米科學、微電子學和生物醫(yī)學等交叉學科研究的熱點。平面電極表面的電荷變化只會引起其表面載流子的耗盡或積累，納米線由于高表面體積比和可調(diào)的電子傳輸特性，其表面輕微的電荷擾動都會引起其內(nèi)部載流子的耗盡或積累，從而引起其電學性能強烈的變化。理論上表面單個電荷的變化就會引起納米線電學性能非常大的變化，而且這種變化是定向的，背景噪聲遠小于平面電極表面電荷向四周分散變化產(chǎn)生的干擾，這為我們利用納米線進行高靈敏度核酸擴增實時定量電化學檢測提供了新思路。
[0004]鍺作為重要的半導體材料之一，其具有波爾半徑大(為24.3nm，遠大于硅的4.9nm)、本征載流子濃度高(為2.4X 11Vcm3，遠大于硅的1.45 X 11Vcm3)、本征載流子遷移率高(室溫下電子和空穴的遷移率分別為3900cm2/V.s和1900cm2/V.s，而硅的分別為1500cm2/V.s和450cm2/V.s)等優(yōu)點，相比于娃等一般半導體材料的納米線來說,鍺納米線敏感性更高、檢測反應(yīng)時間更快、更容易呈現(xiàn)量子限制效應(yīng)等新穎的電光性能，在納米場效應(yīng)晶體管等納米器件方面具有很好的應(yīng)用前景。此外，鍺與GaAs等II1-V等有相近的晶格常數(shù)，鍺與II1-V族材料更容易匹配，所以鍺納米線在新型納米器件、納米連接導線等領(lǐng)域有重要的潛在應(yīng)用價值。
[0005]目前，制備鍺納米線的方法主要有激光燒蝕法、化學還原法、溶液熱合成法、化學氣相沉積法(CVD)、模板法、金催化熱蒸發(fā)法和超臨界溶液法等。但是，上述制備方法都存在有缺陷:激光燒蝕法作為較早實現(xiàn)大量制備鍺納米線的方法，具有工序簡單、產(chǎn)品產(chǎn)量較大且純度高等特點，但設(shè)備昂貴，制備溫度高，產(chǎn)品成本較高。CVD法則在制備溫度上降低很多，但所得鍺納米線的直徑分布范圍較大。而采用溶劑熱合成方法雖然制備溫度也較低，但是產(chǎn)物中納米顆粒較多，鍺納米線的純度較低，雖然采用模板法可以制備出均勻且筆直的鍺納米線陣列，但是產(chǎn)量較低。同時，上述制備鍺納米線的方法均為自下而上(Bottom-Up)的方法，即首先基于化學反應(yīng)合成鍺納米線，然后將這些納米線轉(zhuǎn)移到襯底的特定位置形成功能器件，這類方法制備出來的鍺納米線與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全不兼容，且均一性差，難于操作和排列、難于與場效應(yīng)晶體管集成等，大大影響了鍺納米線在場效應(yīng)晶體管中的應(yīng)用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，用于解決由于現(xiàn)有的制備鍺納米線的方法均為自下而上的方法，使得所述制備的鍺納米線與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全不兼容，均一性差，難于操作和排布，且難于與場效應(yīng)晶體管集成等，進而大大影響了鍺納米線在場效應(yīng)晶體管中應(yīng)用的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，所述方法至少包括:
[0008]I)提供一 SGOI襯底結(jié)構(gòu),所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)包括娃襯底、位于所述娃襯底上表面的埋氧層和位于所述埋氧層上的SiGe層；
[0009]2)利用刻蝕工藝刻蝕所述SiGe層，以形成預定尺寸的SiGe納米線陣列；
[0010]3)對所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，并控制鍺濃縮的工藝條件以得到表面被S12層所包裹的預定尺寸的鍺納米線陣列；
[0011]4)去除包裹在所述鍺納米線兩端表面的S12層，以裸露出所述鍺納米線的兩端；
[0012]5)在所述鍺納米線的延長線上沉積金屬引線、源極電極和漏極電極，所述金屬引線的一端與所述裸露出的鍺納米線的一端相連接，另一端與所述源極電極或漏極電極相連接；在所述硅襯底上制作柵極電極；
[0013]6)在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)的表面形成Si3N4保護層；
[0014]7)圖形化所述Si3N4保護層，以形成所述鍺納米線圖形區(qū)域和金屬電極圖形區(qū)域，去除所述納米線圖形區(qū)域和所述金屬電極圖形區(qū)域內(nèi)的Si3N4保護層，直至完全裸露出所述鍺納米線、所述源極電極和漏極電極。
[0015]可選地,在步驟I)中，所述埋氧層的厚度為10nm?150nm ;所述SiGe層的厚度為 10nm ?llOnm。
[0016]優(yōu)選地,所述埋氧層的厚度為130nm ;所述SiGe層的厚度為105nm。
[0017]優(yōu)選地，在步驟I)中，所述SiGe層中Ge的組分為20%?40%。
[0018]可選地，在步驟2)中，刻蝕所述SiGe層形成的SiGe納米線的寬度為150nm?200nmo
[0019]優(yōu)選地，刻蝕所述SiGe層形成的SiGe納米線的寬度為180nm。
[0020]優(yōu)選地，形成被S12層包裹的鍺納米線陣列時，所述步驟3)包括以下步驟:
[0021]3-1)將所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)放入600°C反應(yīng)爐中，然后通入5000ccm的N2作為保護氣氛，以每分鐘上升10°c的速度加熱反應(yīng)爐至達到950°C后停止通入N2 ；
[0022]3-2)通入4000ccm的O2保持45分鐘后停止；
[0023]3-3)通入5000ccm的N2保持45分鐘后停止；
[0024]3-4)在N2氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從950°C降到825°C ；
[0025]3-5)通入4000ccm的O2保持60分鐘后停止；
[0026]3-6)通入5000ccm的N2保持30分鐘后停止；
[0027]3-7)在N2氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從825°C降至600°C，完成鍺濃縮，形成
[0028]依次包括有硅襯底、埋氧層、以及被S12層包裹的所述鍺納米線陣列的層疊結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，包裹所述各鍺納米線的Si02層的厚度為80-100nm。
[0029]優(yōu)選地，所述鍺納米線為圓柱形，所述鍺納米線的直徑為75nm。
[0030]優(yōu)選地，在步驟4)中，利用濕法腐蝕去除包裹在所述鍺納米線兩端表面的S12層，所使用的腐蝕溶液為稀釋的氫氟酸。
[0031]優(yōu)選地，在步驟5)中，所述柵極電極沉積在所述硅襯底的下表面。
[0032]本發(fā)明還提供一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管，所述鍺納米線場效應(yīng)晶體管至少包括:硅襯底；埋氧層，位于所述硅襯底的上表面；多個鍺納米線形成的鍺納米線陣列結(jié)構(gòu)，形成于所述埋氧層上；所述鍺納米線表面包裹有S12層，且所述鍺納米線的兩端裸露在所述S12層外側(cè)；多個金屬引線，分別位于所述鍺納米線的兩端，且與裸露的所述鍺納米線相連接；源極電極，與位于所述鍺納米線一端的所述金屬引線相連接；漏極電極，與位于所述鍺納米線另一端的所述金屬引線相連接；Si3N4保護層，覆蓋于所述金屬引線和所述裸露的鍺納米線的表面上；柵極電極，位于所述硅襯底的下表面。
[0033]優(yōu)選地，包裹所述各鍺納米線的S12層的厚度為80_100nm。
[0034]優(yōu)選地，所述鍺納米線為圓柱形，所述鍺納米線的直徑為75nm。
[0035]如上所述，本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，具有以下有益效果:本發(fā)明采用鍺納米線作為場效應(yīng)晶體管的溝道，由于鍺相較于傳統(tǒng)的半導體材料更容易呈現(xiàn)量子限制效應(yīng)，可以使所制備的場效應(yīng)晶體管具有更高的敏感性、更快的檢測反應(yīng)時間。本發(fā)明的鍺納米線基于自上而下的方法，工藝過程簡單，可控性強，與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全兼容，成本較低，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時，采用鍺濃縮技術(shù)制備的鍺納米線表面包裹一層性能穩(wěn)定的S12層，有限地對鍺納米線表面進行了鈍化，可以保護鍺納米線性能的穩(wěn)定性；在所述鍺納米線表面形成一層S12層，可以采用現(xiàn)有的S12修飾試劑和比較成熟的修飾工藝對所述鍺納米線表面的S12進行修飾，為之后將所述鍺納米線場效應(yīng)晶體管應(yīng)用于生物傳感器等領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法的流程圖。
[0037]圖2顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟I)所呈現(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038]圖3?圖4顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟2)所呈現(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖5顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟3)所呈現(xiàn)的三維結(jié)構(gòu)示意圖。
[0040]圖6顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟4)所呈現(xiàn)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0041]圖7?圖9顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟5)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖7為柵極電極位于硅襯底下表面的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖8為圖7沿AA’方向的截面不意圖，圖9為柵極電極位于娃襯底上表面的截面不意圖。
[0042]圖10顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟6)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]圖11?圖12顯示為本發(fā)明的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法步驟7)所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖11為圖12沿BB’方向的截面示意圖，圖12為步驟7)所呈現(xiàn)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0044]元件標號說明
[0045]20SGOI襯底結(jié)構(gòu)
[0046]201硅襯底
[0047]202埋氧層
[0048]203SiGe 層
[0049]21掩膜層
[0050]22SiGe 納米線
[0051]23鍺納米線
[0052]24S12 層
[0053]25金屬引線
[0054]26源極電極
[0055]27漏極電極
[0056]28柵極電極
[0057]29Si3N4 保護層

【具體實施方式】
[0058]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0059]請參閱圖1至圖12。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0060]如圖1至圖12所示，本發(fā)明提供一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，所述鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法至少包括:
[0061]I)提供一 SGOI襯底結(jié)構(gòu)20，所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)20包括硅襯底201、位于所述硅襯底201上表面的埋氧層202和位于所述埋氧層202上的SiGe層203 ；
[0062]2)利用刻蝕工藝刻蝕所述SiGe層203，以形成預定尺寸的SiGe納米線22陣列；
[0063]3)對所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，并控制鍺濃縮的工藝條件以得到表面被S12層24所包裹的預定尺寸的鍺納米線23陣列；
[0064]4)去除包裹在所述鍺納米線23兩端表面的S12層24，以裸露出所述鍺納米線23的兩端；
[0065]5)在所述鍺納米線23的延長線上沉積金屬引線25、源極電極26和漏極電極27，所述金屬引線25的一端與所述裸露出的鍺納米線23的一端相連接，另一端與所述源極電極26或漏極電極27相連接；在所述硅襯底201上制作柵極電極28 ；
[0066]6)在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)的表面形成Si3N4保護層29 ；
[0067]7)圖形化所述Si3N4保護層29，以形成所述鍺納米線圖形區(qū)域和金屬電極圖形區(qū)域，去除所述納米線圖形區(qū)域和所述金屬電極圖形區(qū)域內(nèi)的Si3N4保護層29，直至完全裸露出所述鍺納米線23、所述源極電極26和漏極電極27。
[0068]在步驟I)中，請參閱圖1的SI步驟及圖2，提供一 SGOI襯底結(jié)構(gòu)20，所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)20包括硅襯底201、位于所述硅襯底201上表面的埋氧層202和位于所述埋氧層202 上的 SiGe 層 203。
[0069]具體的，所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)20可以通過智能剝離工藝或其他的工藝方法制備獲得。
[0070]具體的，所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)20包括硅襯底201、位于所述硅襯底201上表面的埋氧層202和位于所述埋氧層202上的SiGe層203。其中，所述埋氧層202的厚度為10nm?150nm ;所述SiGe層203的厚度為10nm?110nm，優(yōu)選地，本實施例中，所述埋氧層202的厚度為130nm ;所述SiGe層203的厚度為105nm。
[0071]具體的，所述SiGe層203中Ge的含量將直接影響后續(xù)工藝中所形成的Ge納米線的尺寸，如果Ge的含量太少或太多，都將很難得到所需尺寸的Ge納米線，因此，所述SiGe層203中Ge的含量應(yīng)保持在一個比較合理的范圍之內(nèi)，優(yōu)選地，本實施例中，所述SiGe層203中Ge的含量為20 %?40 %。
[0072]具體的，所述埋氧層202的材質(zhì)包括但不限于為二氧化硅。
[0073]在步驟2)中，請參閱圖1的S2步驟及圖3至圖4，利用刻蝕工藝刻蝕所述SiGe層203，以形成預定尺寸的SiGe納米線22陣列。
[0074]具體的，首先請參閱圖3，通過電子束光刻(EBL)工藝在所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)20的所述SiGe層表面形成一層具有預設(shè)圖形的掩膜層21，定義出待刻蝕的窗口。其次，請參閱圖4，以所述掩膜層21為掩膜，刻蝕所述SiGe層203，以形成具有預定尺寸的SiGe納米線22陣列。
[0075]具體的，刻蝕所述SiGe層203所形成的SiGe納米線22的寬度為150nm?200nm，優(yōu)選地，本實施例中，所述SiGe納米線22的寬度為180nm。
[0076]具體的，該步驟完成后形成的結(jié)構(gòu)為依次由下至上包括硅襯底201、埋氧層202和SiGe納米線22的結(jié)構(gòu)。
[0077]需要說明的是，在完成對所述SiGe層203的刻蝕，形成具有預定尺寸的SiGe納米線22陣列之后，還包括一去除所述掩膜層21的步驟。
[0078]需要說明的，在完成步驟2)之后，進行步驟3)之前，還應(yīng)對所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)表面進行清洗，以去除所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)表面在刻蝕過程中所殘留的雜質(zhì)，保證所述埋氧層202和所述SiGe納米線22表面的清潔度。
[0079]在步驟3)中，請參閱圖1的S3步驟及圖5，對所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，并控制鍺濃縮的工藝條件以得到表面被S12層24所包裹的預定尺寸的鍺納米線23陣列。
[0080]具體的，該步驟將所述步驟2)所得的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，具體包括以下步驟:
[0081]3-1)將所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)放入600°C反應(yīng)爐中，然后通入5000ccm的N2作為保護氣氛，以每分鐘上升10°c的速度加熱反應(yīng)爐至達到950°C后停止通入N2 ；
[0082]3-2)通入4000ccm的O2保持45分鐘后停止；
[0083]3-3)通入5000ccm的N2保持45分鐘后停止；
[0084]3-4)在N2氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從950°C降到825°C ；
[0085]3-5)通入4000ccm的O2保持60分鐘后停止；
[0086]3-6)通入5000ccm的N2保持30分鐘后停止；
[0087]3-7)在隊氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從825°C降至600°C，完成鍺濃縮，最終形成依次包括有所述硅襯底201、所述埋氧層202、以及被S12層24包裹的所述鍺納米線23陣列的層疊結(jié)構(gòu)。
[0088]具體的，上述鍺濃縮的工藝中，分別在950°C和825°C進行熱氧化反應(yīng)，這是由于在950°C進行熱氧化反應(yīng)后，所述處理SiGe納米線22中的鍺組分升高，造成SiGe的熔點降低，因此一段時間后，需在較低的溫度即825°C下進一步熱氧化，以提高鍺濃縮后鍺納米線23的純度，最終在所述埋氧層202表面上形成純度很高的鍺納米線23陣列以及包裹各所述鍺納米線23的表面的S12層24。本實施例中，所得到的鍺納米線23可以為圓柱形，且直徑可以為75nm，包裹各所述納米線23表面的S12層24的厚度可以為80_100nm，但并不限于此，所述鍺納米線23的形狀和尺寸直徑可以根據(jù)實際工藝的需要進行調(diào)整，具體的，可以根據(jù)需要在步驟I)中形成不同厚度的所述SiGe層203，進而在步驟2)中形成不同尺寸寬度的SiGe納米線22，而后再通過步驟3)的鍺濃縮工藝即可得到所需不同尺寸的鍺納米線23。
[0089]具體的，隨著所述SiGe層203的厚度、所述SiGe納米線22的尺寸、以及鍺在所述SiGe層203中的組分的改變，上述工藝條件以及形成的所述鍺納米線23的尺寸也隨之改變，而這些工藝條件是可控的。因此，該方法制備的鍺納米線23的質(zhì)量具有很高的可控性。
[0090]需要說明的是，上述鍺濃縮工藝中，通入N2的作用有兩個，一是作為保護氣氛，另一作用為使?jié)饪s過后的SiGe層或鍺層中各處組分均勻，這是由于靠近表面的區(qū)域會優(yōu)先與O2反應(yīng)，鍺的含量相對下層偏高，從而在SiGe層中形成一個梯度，不利于最終濃縮成鍺。
[0091]在步驟4)中，請參閱圖1的S4步驟及圖6，去除包裹在所述鍺納米線23兩端表面的S12層24，以裸露出所述鍺納米線23的兩端。
[0092]具體的，由于所述鍺納米線23后續(xù)要與金屬的源極電極和漏極電極相連接，外層包裹所述S12層24必定會影響它們之間的連通。所以，在進行后續(xù)工藝之前，需要將所述鍺納米線23從所述S12層24中裸露出來一部分。本實施例中，將所述鍺納米線23的兩端從所述S12層24中裸露出來。
[0093]具體的，可以采用干法刻蝕或濕法刻蝕工藝去除包裹在所述鍺納米線23兩端表面的S12層24，優(yōu)選地，本實施例中，利用濕法腐蝕去除包裹在所述鍺納米線23兩端表面的S12層24，以裸露出所述鍺納米線23的兩端，所使用的腐蝕溶液為稀釋的氫氟酸。
[0094]具體的，在使用稀釋的氫氟酸去除包裹在所述鍺納米線23兩端表面的S12層24以后，應(yīng)使用去離子水等清洗所述步驟4)所得到的結(jié)構(gòu)，以去除殘留在所述結(jié)構(gòu)表面的氫氟酸。
[0095]在步驟5)中，請參閱圖1的S5步驟及圖7至圖9，在所述鍺納米線23的延長線上沉積金屬引線25、源極電極26和漏極電極27，所述金屬引線25的一端與所述裸露出的鍺納米線23的一端相連接，另一端與所述源極電極26或漏極電極27相連接；在所述硅襯底201上制作柵極電極28。
[0096]具體的，采用現(xiàn)有半導體行業(yè)中任一種金屬沉積工藝在每一個所述鍺納米線23裸露的兩端上分別沉積金屬引線25，所述金屬引線25與所述鍺納米線23位于同一條直線上，且所述金屬引線25 —端與所述鍺納米線23裸露出的一端相連接，另一端分別指向所述鍺納米線23的外側(cè)。所述金屬引線25與所述鍺納米線23接觸的部分即為所述場效應(yīng)晶體管的源極區(qū)域或漏極區(qū)域。
[0097]具體的，所述金屬引線25的材質(zhì)可以為T1、Au、Pt、Gr、Cu或Al，優(yōu)選地，本實施例中，所述金屬引線25的材質(zhì)為Al。
[0098]具體的，采用現(xiàn)有半導體行業(yè)中任一種金屬沉積工藝在所述金屬引線25遠離所述鍺納米線23的一端沉積所述源極電極26和所述漏極電極27，所述源極電極26和所述漏極電極27分別位于所述鍺納米線23相對的兩端。
[0099]具體的，所述源極電極26和所述漏極電極27均為金屬電極，所述源極電極26和所述漏極電極27的材質(zhì)可以為T1、Au、Pt、Gr、Cu或Ti/Au。優(yōu)選地,本實施例中，所述源極電極26和所述漏極電極27的材質(zhì)均為Ti/Au。
[0100]由于裸露的所述鍺納米線23表面容易形成不穩(wěn)定的鍺氧化物，會對所述整個場效應(yīng)晶體管的性能產(chǎn)生影響。為了使得所述場效應(yīng)晶體管具有比較穩(wěn)定的性能，必須在裸露的所述鍺納米線23上沉積一層保護層。所以，本實施例中，將所述場效應(yīng)晶體管的源極區(qū)域和漏極區(qū)域通過所述金屬引線25引出，并在相應(yīng)的位置形成對應(yīng)的源極電極26和漏極電極27，這樣的設(shè)計即可以保護所述鍺納米線23，又不影響后續(xù)測試的進行。
[0101]具體的，所述柵極電極28是通過在所述硅襯底201上沉積金屬電極而制得，以制得所需要的背柵場效應(yīng)晶體管。所述柵極電極28即可以如圖8所示的形成于所述硅襯底201的下表面，又可以如圖9所示的，通過刻蝕去除所述源極電極26 —側(cè)的所述埋氧層202，而后在裸露出的所述硅襯底201上形成。
[0102]具體的，所述柵極電極28亦為金屬電極，所述柵極電極28的材質(zhì)可以為T1、Au、Pt、Gr、Cu或Ti/Au。優(yōu)選地,本實施例中，所述柵極電極28的材質(zhì)為Ti/Au。
[0103]在步驟6)中，請參閱圖1的S6步驟及圖10，在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)的表面形成Si3N4保護層29。
[0104]具體的，可以采用化學氣相沉積法(CVD)或物理氣相沉積法(PVD)在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)表面沉積所述Si3N4保護層29。所述Si3N4保護層29覆蓋整個所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)的上表面。
[0105]在步驟7)中:請參閱圖1的S7步驟及圖11至圖12，圖形化所述Si3N4保護層29，以形成所述鍺納米線圖形區(qū)域和金屬電極圖形區(qū)域，去除所述納米線圖形區(qū)域和所述金屬電極圖形區(qū)域內(nèi)的Si3N4保護層29，直至完全裸露出所述鍺納米線23、所述源極電極26和漏極電極27。
[0106]具體的，可以現(xiàn)在所述Si3N4保護層29上形成一層具有開口的掩膜層，所述掩膜層的開口對應(yīng)于所述鍺納米線23所在的區(qū)域以及所述源極電極26和漏極電極27所在的區(qū)域；而后依據(jù)所述掩膜層為阻擋層，刻蝕所述Si3N4保護層29，直至完全裸露出所述鍺納米線23、所述源極電極26和漏極電極27 ;最后去除所述掩膜層即可。
[0107]請參閱圖11至圖12，其中，圖12為俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖11為圖12沿BB’方向的截面示意圖，本發(fā)明還提供一種所述鍺納米線場效應(yīng)晶體管，所鍺納米線場效應(yīng)晶體管至少包括:
[0108]硅襯底201;
[0109]埋氧層202，所述埋氧層202位于所述硅襯底201的上表面；
[0110]多個鍺納米線23形成的鍺納米線23陣列結(jié)構(gòu)，所述鍺納米線23陣列結(jié)構(gòu)形成于所述埋氧層202上；所述鍺納米線23表面包裹有S12層24，且所述鍺納米線23的兩端裸露在所述S12層24外側(cè)；
[0111]多個金屬引線25，所述金屬引線25分別位于所述鍺納米線23的兩端，且與裸露的所述鍺納米線23相連接；
[0112]源極電極26，所述源電極26與位于所述鍺納米線23 —端的所述金屬引線25相連接；
[0113]漏極電極27，所述漏電極27與位于所述鍺納米線23另一端的所述金屬引線25相連接；
[0114]Si3N4保護層29，所述Si3N4保護層29覆蓋于所述金屬引線25和所述裸露的鍺納米線23的表面上；
[0115]柵極電極25，所述柵極電極25位于所述硅襯底201的下表面。
[0116]具體的，所述埋氧層202的材質(zhì)包括但不限于為二氧化硅；所述埋氧層202的厚度為10nm?150nm。優(yōu)選地，本實施例中，所述埋氧層202的厚度為130nm。
[0117]具體的，所述鍺納米線23為圓柱形，且直徑為75nm，包裹各所述納米線23表面的S12層24的厚度為80-100nm。
[0118]具體的，所述金屬引線25的材質(zhì)可以為T1、Au、Pt、Gr、Cu或Al，優(yōu)選地，本實施例中，所述金屬引線25的材質(zhì)為Al。
[0119]具體的，所述源極電極26、所述漏極電極27和所述柵極電極28均為金屬電極，所述源極電極26、所述漏極電極27和所述柵極電極28的材質(zhì)可以為T1、Au、Pt、Gr、Cu或Ti/Au。優(yōu)選地，本實施例中，所述源極電極26、所述漏極電極27和所述柵極電極28的材質(zhì)均為 Ti/Au。
[0120]綜上所述，本發(fā)明采用鍺納米線作為場效應(yīng)晶體管的溝道，由于鍺相較于傳統(tǒng)的半導體材料更容易呈現(xiàn)量子限制效應(yīng)，可以使所制備的場效應(yīng)晶體管具有更高的敏感性、更快的檢測反應(yīng)時間。本發(fā)明的鍺納米線基于自上而下的方法，工藝過程簡單，可控性強，與傳統(tǒng)的CMOS工藝完全兼容，成本較低，適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)；同時，通過預先控制SGOI襯底中SiGe層的厚度和刻蝕過程中形成的SiGe納米線的尺寸，可以在采用鍺濃縮技術(shù)過程中得到所需不同尺寸的鍺納米線；采用鍺濃縮技術(shù)制備的鍺納米線表面包裹一層性能穩(wěn)定的3102層，有限地對鍺納米線表面進行了鈍化，可以保護鍺納米線性能的穩(wěn)定性；在所述鍺納米線表面形成一層S12層，可以采用現(xiàn)有的S12修飾試劑和比較成熟的修飾工藝對所述鍺納米線表面的S12進行修飾，為之后將所述鍺納米線場效應(yīng)晶體管應(yīng)用于生物傳感器等領(lǐng)域打下基礎(chǔ)。
[0121]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 1)提供一SGOI襯底結(jié)構(gòu),所述SGOI襯底結(jié)構(gòu)包括娃襯底、位于所述娃襯底上表面的埋氧層和位于所述埋氧層上的SiGe層； 2)利用刻蝕工藝刻蝕所述SiGe層，以形成預定尺寸的SiGe納米線陣列； 3)對所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)進行鍺濃縮，并控制鍺濃縮的工藝條件以得到表面被S12層所包裹的預定尺寸的鍺納米線陣列； 4)去除包裹在所述鍺納米線兩端表面的S12層，以裸露出所述鍺納米線的兩端； 5)在所述鍺納米線的延長線上沉積金屬引線、源極電極和漏極電極，所述金屬引線的一端與所述裸露出的鍺納米線的一端相連接，另一端與所述源極電極或漏極電極相連接；在所述硅襯底上制作柵極電極； 6)在所述步驟5)得到的結(jié)構(gòu)的表面形成Si3N4保護層； 7)圖形化所述Si3N4保護層，以形成所述鍺納米線圖形區(qū)域和金屬電極圖形區(qū)域，去除所述納米線圖形區(qū)域和所述金屬電極圖形區(qū)域內(nèi)的Si3N4保護層，直至完全裸露出所述鍺納米線、所述源極電極和漏極電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:在步驟I)中，所述埋氧層的厚度為10nm?150nm ;所述SiGe層的厚度為10nm?llOnm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:所述埋氧層的厚度為130nm ;所述SiGe層的厚度為105nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:在步驟I)中，所述SiGe層中Ge的組分為20%?40%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:在步驟2)中，刻蝕所述SiGe層形成的SiGe納米線的寬度為150nm?200nm。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:刻蝕所述SiGe層形成的SiGe納米線的寬度為180nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:形成被S12層包裹的鍺納米線陣列時，所述步驟3)包括以下步驟: 3-1)將所述步驟2)得到的結(jié)構(gòu)放入600°C反應(yīng)爐中，然后通入5000ccm的N2作為保護氣氛，以每分鐘上升10°C的速度加熱反應(yīng)爐至達到950°C后停止通入N2 ； 3-2)通入4000ccm的O2保持45分鐘后停止； 3-3)通入5000ccm的N2保持45分鐘后停止； 3-4)在N2氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從950°C降到825°C ； 3-5)通入4000ccm的O2保持60分鐘后停止； 3-6)通入5000ccm的N2保持30分鐘后停止； 3-7)在隊氣氛下使反應(yīng)爐溫度在I個小時內(nèi)從825°C降至600°C，完成鍺濃縮，形成依次包括有硅襯底、埋氧層、以及被S12層包裹的所述鍺納米線陣列的層疊結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:包裹所述各鍺納米線的S12層的厚度為80-100nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:所述鍺納米線為圓柱形，所述鍺納米線的直徑為75nm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:在步驟4)中，利用濕法腐蝕去除包裹在所述鍺納米線兩端表面的S12層，所使用的腐蝕溶液為稀釋的氫氟酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于:在步驟5)中，所述柵極電極沉積在所述硅襯底的下表面。
12.—種鍺納米線場效應(yīng)晶體管，其特征在于，包括: 娃襯底； 埋氧層，位于所述硅襯底的上表面； 多個鍺納米線形成的鍺納米線陣列結(jié)構(gòu)，形成于所述埋氧層上；所述鍺納米線表面包裹有S12層，且所述鍺納米線的兩端裸露在所述S12層外側(cè)； 多個金屬引線，分別位于所述鍺納米線的兩端，且與裸露的所述鍺納米線相連接； 源極電極，與位于所述鍺納米線一端的所述金屬引線相連接； 漏極電極，與位于所述鍺納米線另一端的所述金屬引線相連接； Si3N4保護層，覆蓋于所述金屬弓I線和所述裸露的鍺納米線的表面上； 柵極電極，位于所述硅襯底的下表面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管，其特征在于:包裹所述各鍺納米線的Si02層的厚度為80-100nm。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鍺納米線場效應(yīng)晶體管，其特征在于:所述鍺納米線為圓柱形，所述鍺納米線的直徑為75nm。
【文檔編號】H01L21/335GK104332405SQ201410482922
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】狄增峰, 葉林, 許寶建, 蔡奇, 王剛, 張苗 申請人:中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所