[发明专利]一种硅基侧栅单电子晶体管及其制作方法

权利要求书

1、一种硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，该制作方法采用电子束光刻和图形依赖氧化方法，具体包括以下步骤：

A、对SOI衬底的表层硅进行离子注入及快速退火，所述快速退火为在N₂气氛中在1100℃温度下退火10秒；

B、在SOI衬底的表层硅上旋转涂敷电子抗蚀剂并前烘，采用电子束直写曝光、显影及定影在涂敷的电子抗蚀剂中形成源、漏、纳米线、侧栅图形；

C、将在电子抗蚀剂中形成的图形作为掩模，刻蚀SOI衬底的表层硅并去胶，在SOI衬底的表层硅中形成源、漏、纳米线、侧栅图形；

D、对表层硅中形成的源、漏、纳米线、侧栅图形进行图形依赖氧化，使一维硅纳米线转变为隧道结-库仑岛-隧道结结构，同时形成SiO₂介质薄膜；

E、淀积SiO₂栅介质薄膜；

F、旋转涂敷光学抗蚀剂，对旋转涂敷的光学抗蚀剂进行前烘、光刻掩模版曝光、反转烘烤、泛曝、显影和定影，在源、漏、栅上方形成接触孔图形；

G、利用在光学抗蚀剂中形成的图形作为掩模，腐蚀源、漏、栅接触孔内在步骤E中淀积的以及步骤D中氧化形成的SiO₂介质薄膜；

H、在露出的源、漏、栅及未去除的光学抗蚀剂上蒸发一层厚度小于光学抗蚀剂厚度的金属电极材料；

I、剥离光学抗蚀剂及其上方蒸发的金属电极材料，对剥离后剩余的金属电极材料进行退火处理，形成电极。

2、根据权利要求1所述的硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，步骤A中所述对SOI衬底的表层硅进行离子注入包括：

向SOI衬底的表层硅注入磷离子，注入能量为30keV，注入剂量为1×10¹⁵cm^-2。

3、根据权利要求1所述的硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，

步骤B中所述在SOI衬底的表层硅上旋转涂敷电子抗蚀剂为用匀胶机旋转涂敷HSQ负性电子抗蚀剂，旋转涂敷转速为6000转/分钟，旋转涂敷时间为60秒；

步骤B中所述前烘为采用热板在150℃下前烘2分钟；

步骤B中所述电子束直写曝光为采用加速电压为50KeV、电子束流为200pA、曝光剂量为1000至2000μC/cm²的电子束光刻系统，对HSQ负性电子抗蚀剂进行电子束直写曝光；

步骤B中所述显影为采用含2.5％的四甲基氢氧化铵TMAH的水溶液在40至50℃下显影1至2分钟；

步骤B中所述定影为采用去离子水在室温下定影1分钟；

步骤B中所述一维线条图形的长度为50至200nm，宽度为20至50nm。

4、根据权利要求1所述的硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，

步骤C中所述刻蚀SOI衬底的表层硅所采用的刻蚀方法为高密度电感耦合等离子ICP刻蚀；所述ICP刻蚀为采用CHF₃/N₂混合气体，CHF₃的流量为60sccm，N₂的流量为60sccm，在400W射频功率下刻蚀60秒；

步骤C中所述去胶为湿法去胶。

5、根据权利要求1所述的硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，

步骤D中所述图形依赖氧化的温度为1000℃；

步骤D所述在图形依赖氧化后形成的库仑岛的直径为5至20nm，形成的隧道结的宽度为1至5纳米。

6、根据权利要求1所述的硅基侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，步骤E中所述SiO2栅介质薄膜的淀积方法为低压等离子体化学气相淀积LPCVD，所述SiO2栅介质薄膜的厚度为400nm。