[发明专利]一种SOI基顶栅单电子晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种绝缘体上硅SOI基顶栅单电子晶体管，其特征在于，该单电子晶体管包括：

库仑岛、位于库仑岛两侧的源和漏、连接库仑岛与源的隧道结、连接库仑岛与漏的隧道结、位于库仑岛上面的栅介质和多晶硅栅、源上沉积的源电极、漏上沉积的漏电极、以及顶栅上沉积的顶栅栅电极。

2.根据权利要求1所述的SOI基顶栅单电子晶体管，其特征在于，所述库仑岛、源、漏、隧道结由SOI衬底的顶层硅制备而成。

3.根据权利要求2所述的SOI基顶栅单电子晶体管，其特征在于，所述SOI衬底包括：

硅基底，用于支撑整个单电子晶体管；

埋氧层，用于绝缘隔离单电子晶体管与SOI衬底的硅基底；

顶层硅，用于制备单电子晶体管的库仑岛、源、漏和隧道结。

4.根据权利要求3所述的SOI基顶栅单电子晶体管，其特征在于，所述SOI衬底埋氧层的厚度为375nm，所述SOI衬底顶层硅的厚度为30nm。

5.一种SOI基顶栅单电子晶体管的制备方法，其特征在于，该制备方法采用图形依赖氧化方法，具体包括：

A、对SOI衬底的顶层硅进行离子注入及快速退火；

B、在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂并前烘，采用电子束直写曝光、显影及定影在电子抗蚀剂中形成两端连接有二维大面积图形的一维线条图形；

C、将电子抗蚀剂图形作为掩模，刻蚀SOI衬底的顶层硅并去胶，在SOI衬底的顶层硅中形成源-纳米线-漏图形；

D、对顶层硅中形成的源-纳米线-漏图形进行图形依赖氧化，使硅纳米线转变为隧道结-库仑岛-隧道结结构；

E、淀积多晶硅薄膜；

F、涂敷光学抗蚀剂，对涂敷的光学抗蚀剂进行前烘、光刻掩模版曝光、显影和定影，在库仑岛上方留下光学抗蚀剂；

G、将光学抗蚀剂图形作为掩模，刻蚀多晶硅薄膜并去胶，形成多晶硅栅；

H、涂敷光学抗蚀剂，对涂敷的光学抗蚀剂进行前烘、光刻掩模版曝光和显影，在源、漏、栅上方形成接触孔图形；

I、利用光学抗蚀剂图形作为掩模，腐蚀栅介质薄膜；

J、在露出的源、漏、栅及未去除的光学抗蚀剂上淀积一层厚度小于光学抗蚀剂厚度的金属电极材料；

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

6.根据权利要求5所述的SOI基顶栅单电子晶体管的制备方法，其特征在于，步骤A中所述对SOI衬底的顶层硅进行离子注入及快速退火包括：

向SOI衬底的顶层硅注入P³¹⁺离子，注入能量为30keV，注入剂量为1×10¹⁵cm^-2，然后在N₂气氛中在1100℃温度下快速退火10秒。

7.根据权利要求5所述的SOI基顶栅单电子晶体管的制备方法，其特征在于，步骤B中所述在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂包括：

在SOI衬底的顶层硅上用匀胶机涂敷正性电子抗蚀剂或负性电子抗蚀剂，涂敷转速为6000转/分钟，涂敷时间为60秒。

8.根据权利要求7所述的SOI基顶栅单电子晶体管的制备方法，其特征在于，所述正性电子抗蚀剂为PMMA或ZEP520；所述负性电子抗蚀剂为SAL601或HSQ。

9.根据权利要求8所述的SOI基顶栅单电子晶体管的制备方法，其特征在于，

所述在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂为正性电子抗蚀剂PMMA或ZEP520，步骤B中所述对涂敷的电子抗蚀剂进行前烘包括：对涂敷的PMMA或ZEP520正性电子抗蚀剂采用热板在180℃下前烘4分钟；

所述在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂为负性电子抗蚀剂SAL601，步骤B中所述对涂敷的电子抗蚀剂进行前烘包括：对涂敷的SAL601负性电子抗蚀剂采用热板在120℃下前烘3分钟；

所述在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂为负性电子抗蚀剂HSQ，步骤B中所述对涂敷的电子抗蚀剂进行前烘包括：对涂敷的HSQ负性电子抗蚀剂采用热板在150℃下前烘2分钟。