[发明专利]一种基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管及其制备方法

权利要求书

1.一种基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，包括：

一体硅衬底；

一第一掺杂层，该第一掺杂层通过离子注入形成于该体硅衬底的上部，且该第一掺杂层的掺杂类型是P型或N型；

一第二掺杂层，该第二掺杂层通过离子注入形成于该体硅衬底的上部，且位于该第一掺杂层之上，该第二掺杂层的掺杂类型与该第一掺杂层的掺杂类型相反；

一源区、一漏区和一硅纳米线，该源区、漏区和硅纳米线制作于该第二掺杂层上；

一绝缘介质层，该绝缘介质层制作于该硅纳米线以及源区、漏区的表面；

一多晶硅栅条，该多晶硅栅条制作于该源区与漏区之间，并完全包裹该硅纳米线；

一漏电极，该漏电极制作于该漏区上；

一源电极，该源电极制作于该源区上；以及

一栅电极，该栅电极制作于该多晶硅栅条上。

2.根据权利要求1所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该第一掺杂层与该第二掺杂层在该体硅衬底内部构成PN结，该PN结起到电学隔离的作用。

3.根据权利要求1所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该第一掺杂层在距离该体硅衬底上表面1-2μm内采用P型或N型掺杂，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3。

4.根据权利要求3所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该第二掺杂层在距离该体硅衬底上表面50-400nm内采用N型或P型掺杂，掺杂浓度为10¹⁹-10²⁰cm^-3，且该第二掺杂层的掺杂类型与该第一掺杂层的掺杂类型相反。

5.根据权利要求1所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该源区、漏区以及连接源区与漏区的该硅纳米线为同一掺杂类型。

6.根据权利要求1所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该硅纳米线的表面制作有一绝缘介质层。

7.根据权利要求1所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，该绝缘介质层采用的材料为SiO₂、氮氧化物、HfO₂、Si₃N₄、ZrO₂、Ta₂O₅、BST或PZT。

8.一种基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

步骤1：从体硅衬底表面采用离子注入方式对体硅衬底进行掺杂，掺杂类型为N型或P型，然后进行快速热退火处理；

步骤2：再次从体硅衬底表面采用离子注入方式对体硅衬底进行掺杂，掺杂类型为P型或N型，然后进行快速热退火处理；

步骤3：采用低压化学气相沉积在体硅衬底表面覆盖一层氮化硅硬掩膜；

步骤4：通过光刻和氮化硅刻蚀，在体硅衬底表面定义出源漏区，并露出沟道区硅；

步骤5：通过热氧化，在露出的沟道硅表面生成SiO₂，源区和漏区在氮化硅硬掩膜的阻挡下未被氧化，氧化消耗沟道表面的硅，漂除氧化生成的SiO₂，形成源区、沟道区、漏区的凹状结构；

步骤6：通过电子束光刻和硅电感耦合等离子体(ICP)刻蚀定义出沟道区硅纳米线；

步骤7：通过热氧化，在硅纳米线表面生成SiO₂，热氧化对硅的消耗使硅纳米线的横截面尺寸减小；

步骤8：采用磷酸溶液去除硅片表面氮化硅硬掩膜；

步骤9：通过热氧化或化学气相沉积在源区、漏区和硅纳米线的表面生长绝缘介质层；

步骤10：通过化学气相沉积在绝缘介质层上覆盖多晶硅栅层；

步骤11：通过光刻和刻蚀在导电材料层上定义出多晶硅栅条；

步骤12：在源区、漏区和多晶硅栅条上分别制作源电极、漏电极和栅电极，完成器件的制备。

9.根据权利要求8所述的基于体硅材料的无结硅纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤1中所述对体硅衬底进行掺杂，掺杂浓度为10¹⁵-10¹⁷cm^-3，离子注入结深为1-2μm。