[发明专利]一种硅基平面侧栅单电子晶体管及其制作方法

权利要求书

1、一种硅基平面侧栅单电子晶体管，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，连接库仑岛与源和漏的两个隧道结，位于库仑岛两侧且垂直于源和漏所在方向上的两个侧栅，源上沉积的源电极，漏上沉积的漏电极，以及侧栅上沉积的栅电极。

2、根据权利要求1所述的硅基平面侧栅单电子晶体管，其特征在于，所述库仑岛、源、漏、隧道结和侧栅由SOI衬底的顶层硅制作而成。

3、根据权利要求2所述的硅基平面侧栅单电子晶体管，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，用于制作构成单电子晶体管的库仑岛、源、漏、隧道结和侧栅。

4、根据权利要求2所述的硅基平面侧栅单电子晶体管，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120nm。

5、一种硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，该方法包括：

A、在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂，采用电子束直写曝光及显影在电子抗蚀剂中形成由源、漏、库仑岛、隧道结和侧栅构成的单电子晶体管图形；

B、将所述单电子晶体管图形作为掩模，刻蚀SOI衬底的顶层硅，在SOI衬底的顶层硅中形成单电子晶体管图形；

C、对顶层硅中形成的单电子晶体管图形进行高温干氧氧化，缩小单电子晶体管图形中的库仑岛和隧道结；

D、在SOI衬底的顶层硅上淀积介质；

E、在淀积的介质上涂敷光学抗蚀剂，对涂敷的光学抗蚀剂进行光刻掩模曝光，并显影去除源、漏和侧栅正上方的光学抗蚀剂；

F、腐蚀在SOI衬底的顶层硅上淀积的介质，露出源、漏和侧栅；

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

H、将光学抗蚀剂及其上方沉积的金属电极材料从淀积的介质上剥离，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所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，所述步骤A之前进一步包括：对SOI衬底的顶层硅进行离子注入及快速退火。

7、根据权利要求6所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，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20keV，注入剂量为1×10¹⁵cm^-2，然后在N₂气氛中，在1200℃下快速退火15秒。

8、根据权利要求5所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，步骤A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。

9、根据权利要求8所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，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、HSQ或Calixarene。

10、根据权利要求5所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，步骤A中所述在SOI衬底的顶层硅上涂敷电子抗蚀剂之后进一步包括：对涂敷的电子抗蚀剂进行前烘。

11、根据权利要求10所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，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。

12、根据权利要求5所述的硅基平面侧栅单电子晶体管的制作方法，其特征在于，步骤A中所述采用电子束直写曝光及显影包括：

采用加速电压为50KeV、电子束流为150pA、曝光剂量为21至30μC/cm²的电子束光刻系统，对SAL601负性电子抗蚀剂进行电子束直写曝光，并采用MF CD-26显影液在室温下显影6至10分钟。