[发明专利]一种锗纳米线场效应晶体管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件的制造领域，涉及一种锗纳米线场效应晶体管及其制备方法。

背景技术

随着集成电路特征尺寸的不断缩小，场效应晶体管(MOSFET)的短沟道效应越来越严重。由于双栅、三栅、Ω栅和围栅结构可有效增大MOS的器件驱动电流，抑制器件短沟道效应和关态电流，从而受到了学术界和业界的广泛关注。

近年来，一维纳米材料如纳米线、纳米管、纳米棒由于其具有传统材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性能正成为纳米科学、微电子学和生物医学等交叉学科研究的热点。平面电极表面的电荷变化只会引起其表面载流子的耗尽或积累，纳米线由于高表面体积比和可调的电子传输特性，其表面轻微的电荷扰动都会引起其内部载流子的耗尽或积累，从而引起其电学性能强烈的变化。理论上表面单个电荷的变化就会引起纳米线电学性能非常大的变化，而且这种变化是定向的，背景噪声远小于平面电极表面电荷向四周分散变化产生的干扰，这为我们利用纳米线进行高灵敏度核酸扩增实时定量电化学检测提供了新思路。

锗作为重要的半导体材料之一，其具有波尔半径大(为24.3nm，远大于硅的4.9nm)、本征载流子浓度高(为2.4×10¹³/cm³，远大于硅的1.45×10¹⁰/cm³)、本征载流子迁移率高(室温下电子和空穴的迁移率分别为3900cm²/V·s和1900cm²/V·s，而硅的分别为1500cm²/V·s和450cm²/V·s)等优点，相比于硅等一般半导体材料的纳米线来说，锗纳米线敏感性更高、检测反应时间更快、更容易呈现量子限制效应等新颖的电光性能，在纳米场效应晶体管等纳米器件方面具有很好的应用前景。此外，锗与GaAs等III-V等有相近的晶格常数，锗与III-V族材料更容易匹配，所以锗纳米线在新型纳米器件、纳米连接导线等领域有重要的潜在应用价值。

目前，制备锗纳米线的方法主要有激光烧蚀法、化学还原法、溶液热合成法、化学气相沉积法(CVD)、模板法、金催化热蒸发法和超临界溶液法等。但是，上述制备方法都存在有缺陷：激光烧蚀法作为较早实现大量制备锗纳米线的方法，具有工序简单、产品产量较大且纯度高等特点，但设备昂贵，制备温度高，产品成本较高。CVD法则在制备温度上降低很多，但所得锗纳米线的直径分布范围较大。而采用溶剂热合成方法虽然制备温度也较低，但是产物中纳米颗粒较多，锗纳米线的纯度较低，虽然采用模板法可以制备出均匀且笔直的锗纳米线阵列，但是产量较低。同时，上述制备锗纳米线的方法均为自下而上(Bottom-Up)的方法，即首先基于化学反应合成锗纳米线，然后将这些纳米线转移到衬底的特定位置形成功能器件，这类方法制备出来的锗纳米线与传统的CMOS工艺完全不兼容，且均一性差，难于操作和排列、难于与场效应晶体管集成等，大大影响了锗纳米线在场效应晶体管中的应用。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种锗纳米线场效应晶体管的制备方法，用于解决由于现有的制备锗纳米线的方法均为自下而上的方法，使得所述制备的锗纳米线与传统的CMOS工艺完全不兼容，均一性差，难于操作和排布，且难于与场效应晶体管集成等，进而大大影响了锗纳米线在场效应晶体管中应用的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种锗纳米线场效应晶体管的制备方法，所述方法至少包括：

1)提供一SGOI衬底结构，所述SGOI衬底结构包括硅衬底、位于所述硅衬底上表面的埋氧层和位于所述埋氧层上的SiGe层；

2)利用刻蚀工艺刻蚀所述SiGe层，以形成预定尺寸的SiGe纳米线阵列；

3)对所述步骤2)得到的结构进行锗浓缩，并控制锗浓缩的工艺条件以得到表面被SiO₂层所包裹的预定尺寸的锗纳米线阵列；

4)去除包裹在所述锗纳米线两端表面的SiO₂层，以裸露出所述锗纳米线的两端；

5)在所述锗纳米线的延长线上沉积金属引线、源极电极和漏极电极，所述金属引线的一端与所述裸露出的锗纳米线的一端相连接，另一端与所述源极电极或漏极电极相连接；在所述硅衬底上制作栅极电极；

6)在所述步骤5)得到的结构的表面形成Si₃N₄保护层；