[发明专利]基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管及制备方法

权利要求书

1.一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，包括：

SOI衬底；

所述SOI衬底的顶层硅通过刻蚀形成纳米线结构、源区和漏区，所述源区和所述漏区分别设置与所述纳米线结构的两端，其中，所述纳米线结构、所述源区和所述漏区表面覆盖有第一绝缘栅介质层，所述源区上侧设置有源电极，所述漏区上侧设置有漏电极；

所述纳米线结构表面覆盖有相变栅介质层，所述相变栅介质层设置于所述第一绝缘栅介质层上侧；所述相变栅介质层垂直于所述纳米线结构轴线方向，所述相变栅介质层两端覆盖于所述SOI衬底上侧；

所述相变栅介质层上侧设置有第二绝缘栅介质层，所述第二绝缘栅介质层两端分别设置有第一接触孔和第二接触孔，所述第一接触孔和所述第二接触孔分别位于所述纳米线结构两侧；

所述第二绝缘栅介质层一端上侧设置有主栅电极，所述主栅电极通过所述第一接触孔与所述相变栅介质层连接，且所述主栅电极覆盖于所述纳米线上侧；所述第二绝缘栅介质层另一端上侧设置有副栅电极，所述副栅电极通过所述第二接触孔与所述相变栅介质层连接。

2.根据权利要求1所述的基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，所述相变栅介质层的材料为Ge₂Sb₂Te₅、SbTe、GeTe、SiSbTe或GeSb。

3.根据权利要求1所述的基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，所述源区、所述漏区和所述纳米线结构的掺杂类型为N型或P型。

4.根据权利要求1所述的基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，所述纳米线结构长度为100～2000nm，截面长度尺寸范围10～100nm，截面宽度尺寸范围10～100nm。

5.根据权利要求1所述的基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，所述第一绝缘栅介质层和第二绝缘栅介质层的材料包括以下之一：SiO₂、氮氧化物、TiO₂、HfO₂、Si₃N₄、ZrO₂、Ta₂O₅或钛酸锶钡BST。

6.根据权利要求1所述的基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管，其特征在于，所述源电极和所述漏电极为铝或镍；所述主栅电极和所述副栅电极为多晶硅、多晶硅锗、氮化钛或钛铝合金。

7.一种基于相变材料存储栅的无结硅纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，包括：

在SOI衬底表面通过热氧化生成氧化物掩膜层；

在所述氧化物掩膜层表面通过离子注入的方法注入N型或P型杂质，随后进行快速热退火处理；

依次采用电子束曝光、二氧化硅刻蚀、硅刻蚀的方法，在SOI衬底表面上制作出源区、漏区和纳米线结构；

在所述源区、所述漏区和所述硅纳米线结构表面通过热氧化或原子层沉积的方法生成第一绝缘栅介质层；

通过磁控溅射在所述第一绝缘栅介质层上覆盖相变材料层；

依次通过电子束曝光和干法刻蚀的方法对所述相变材料层进行处理，制作相变栅介质层；

通过原子层沉积的方法或PECVD工艺在所述相变栅介质层上生成第二绝缘栅介质层；

在所述源区和所述漏区上分别制作源电极和漏电极；

在所述第二绝缘栅介质层上制作连接主栅电极、副栅电极与所述相变栅介质层的第一接触孔和第二接触孔；

通过化学气相沉积或金属溅射的方法在所述第二绝缘栅介质层上覆盖栅电极材料层，其中，所述栅电极材料层的材料包括以下之一：多晶硅、多晶硅锗、氮化钛或钛铝合金；

依次通过电子束曝光和干法刻蚀的方法在所述栅电极材料层上制作所述主栅电极和所述副栅电极。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述氧化物掩膜层的厚度为5～20nm。