[发明专利]真空沟道晶体管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种真空沟道晶体管的制备方法，所述制备方法至少包括：在第一硅衬底上沉积氧化物层；对所述氧化物层进行图形化以形成图形化区域，所述图形化区域包括具有开口的空腔和自所述空腔底部贯穿所述氧化物层的沟槽；在所述沟槽内定位生长纳米线，所述纳米线自所述第一硅衬底朝所述空腔延伸并凸入于所述空腔；在所述空腔的与所述第一硅衬底相对的一侧使所述氧化物层与第二硅衬底键合以形成内含所述空腔的SOI衬底。本发明也提供了一种真空沟道晶体管，其包括穿过所述氧化物层的顶部而进入所述真空空腔的纳米线。所述制备方法可以与现有集成电路的制造工艺完全兼容，经由所述制备方法可获得源极与漏极之间距离精确可调的真空沟道晶体管。

技术领域

本发明涉及一种半导体器件结构及其制备方法，特别是涉及一种真空晶体管及其制备方法。

背景技术

随着集成电路制造技术进入5nm技术节点，半导体器件的特征尺寸持续微缩已经迫近尺寸上的物理极限。受限于基于硅的固态器件中的载流子迁移率本质上受到晶格散射或杂质的影响，基于硅的器件不再能够满足在高频或快速响应方面日益增长的需求。与固态器件中的情况相比，真空条件使电子实现弹道运输而不发生碰撞或散射，这样导致更快的载流子运输。

纳米级真空沟道晶体管(NVCT)自首次被提出之后，已经用于实现纳米尺度真空沟道晶体管的机制包括场致发射、肖特基(Schottky)二极管中的二维电子气发射和低维碳材料热电子发射等。其中，一些低维材料形成的真空晶体管器件，例如Spindt型真空晶体管和全环绕栅纳米真空沟道晶体管，由于具有高驱动电流和良好的辐射免疫的特性而获得了广泛关注。

然而，以上所述的真空晶体管器件的制备工艺复杂，诸如Spindt型的微针结构纳米真空沟道晶体管存在难于大规模集成化、以及工作电压高之类的缺点。因此，为了克服现有技术存在的技术缺陷，需要提供一种新型的真空沟道晶体管及其制备方法。

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真空沟道晶体管及其制备方法，用于解决现有真空沟道晶体管的制备工艺复杂，与现有集成电路制造技术难以完全兼容等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种真空沟道晶体管的制备方法，所述制备方法包括：一种真空沟道晶体管的制备方法，所述制备方法包括：在第一硅衬底上沉积氧化物层；对所述氧化物层进行图形化以形成图形化区域，所述图形化区域包括具有开口的空腔和自所述空腔底部贯穿所述氧化物层的沟槽，所述沟槽的底部暴露出所述第一硅衬底，所述沟槽的宽度小于所述空腔的宽度；在所述沟槽内定位生长纳米线，所述纳米线自所述第一硅衬底朝所述空腔延伸并凸入于所述空腔；在所述空腔的与所述第一硅衬底相对的一侧使所述氧化物层与第二硅衬底键合以形成内含所述空腔的SOI衬底；对所述第一硅衬底及所述氧化物层进行图形化；和分别在图形化的所述第一硅衬底上形成漏极接触，在所述第二硅衬底上形成源极接触，以及在图形化的所述氧化物层上形成栅极。

可选地，所述纳米线是自所述第一硅衬底外延生长的硅纳米线、锗纳米线或硅锗纳米线。

可选地，所述氧化物层是氧化硅层，在真空条件下使所述第二硅衬底与所述氧化硅层直接键合。

可选地，所述沟槽的宽度为5nm-100nm。

可选地，所述空腔的高度为20nm-500nm。

可选地，所述纳米线的顶端与所述第二硅衬底之间的距离小于100nm。

可选地，所述制备方法进一步包括：在使所述氧化物层与所述第二硅衬底键合之后执行退火工艺，所述退火工艺的温度为900℃-1200℃，时间为5-15小时。

可选地，在对所述第一硅衬底进行图形化之前，还包括对所述第一硅衬底进行减薄，减薄后的所述第一硅衬底的厚度为20nm-2μm。