專利名稱：增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體材料和器件領(lǐng)域，尤其是涉及增強(qiáng)型背柵氧化 鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。
背景技術(shù)：
ZnO是一種II - VI族直接帶隙的新型多功能化合物半導(dǎo)體材料，被稱為 第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料。ZnO晶體為纖鋅礦結(jié)構(gòu)，禁帶寬度約為3.37eV， 激子束縛能約為60meV。 ZnO具備半導(dǎo)體、光電、壓電、熱電、氣敏和透明 導(dǎo)電等特性，在傳感、聲、光、電等諸多領(lǐng)域有著廣闊的潛在應(yīng)用價(jià)值。
近年來(lái)，對(duì)ZnO材料和器件的研究受到廣泛關(guān)注。研究范圍涵蓋了ZnO 體單晶、薄膜、量子線、量子點(diǎn)等材料的生長(zhǎng)和特性以及ZnO傳感器、透明 電極、壓敏電阻、太陽(yáng)能電池窗口、表面聲波器件、探測(cè)器及發(fā)光二極管 (Light-emitting Diodes,縮寫(xiě)LED)等器件的制備和研究方面。目前，已形 成多種方法用于ZnO材料的生長(zhǎng)，并且研制出若干種類的ZnO器件及傳感器， 但是P型ZnO材料的生長(zhǎng)，ZnO納米器件的制備及應(yīng)用等問(wèn)題依然需要深入 和系統(tǒng)的研究。
ZnO是目前擁有納米結(jié)構(gòu)和特性最為豐富的材料，已實(shí)現(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)包 括納米線、納米帶、納米環(huán)、納米梳、納米管等等。其中， 一維納米線由于 材料的細(xì)微化，比表面積增加，具有常規(guī)體材料所不具備的表面效應(yīng)、小尺 寸效應(yīng)、量子效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，晶體質(zhì)量更好，載流子的運(yùn)輸性能 更為優(yōu)越。 一維納米線不僅可以實(shí)現(xiàn)基本的納米尺度元器件(如激光器、傳 感器、場(chǎng)效應(yīng)晶體管、發(fā)光二極管、邏輯線路、自旋電子器件以及量子計(jì)算機(jī)等)，而且還能用來(lái)連接各種納米器件，可望在單一納米線上實(shí)現(xiàn)具有復(fù) 雜功能的電子、光子及自旋信息處理器件。
ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Nanowire Field-Effect Transistor,縮寫(xiě)NW FET)已成為國(guó)際研究的熱點(diǎn)之一。ZnO—維納米線作為溝道，與柵氧和柵金 屬可以形成金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,縮寫(xiě)MOSFET)。由于ZnO納米線的電學(xué)性能隨周圍 氣氛中組成氣體的改變而變化，比如未摻雜的ZnO對(duì)還原性、氧化性氣體具 有優(yōu)越的敏感性，因此能夠?qū)ο鄳?yīng)氣體進(jìn)行檢測(cè)和定量測(cè)試。這使得ZnO — 維納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管可以用于氣體、濕度和化學(xué)傳感器、光電和紫外探測(cè) 器、存儲(chǔ)器(Memory)等應(yīng)用領(lǐng)域。尤其是能夠?qū)τ卸練怏w(如CO、 NH3 等)進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的跨導(dǎo)變化，即可檢測(cè)出氣體的組成及濃 度。與常規(guī)Sn02氣體傳感器相比，基于ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的氣體傳 感器具有尺寸小，成本低，可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的研制在納米電子學(xué)和新型納米傳 感器方面具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值，將會(huì)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的推 動(dòng)作用。
由于本征ZnO為N型半導(dǎo)體，且制作的ZnONWFET多為耗盡型器件， 制約了增強(qiáng)型ZnO NW FET的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服ZnO納米線材料在實(shí)現(xiàn)基于增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶 體管應(yīng)用方面的局限性，本發(fā)明在耗盡型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管制 作工藝的基礎(chǔ)上提供了 一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備 方法。
一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備方法，其中包括在P+-Si襯底的正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)Si02;在P+ - Si襯底的背面形成背柵電極；在P+-Si襯底的正面形成定位標(biāo)記；在P十-Si襯底的正面完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn) 移和淀積；在？+-81襯底的正面完成納米線的定位；在P十-Si村底的正面制 作源漏電極；退火處理。
一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其中包括柵氧介質(zhì)Si02， 生長(zhǎng)于P十-Si器件的襯底正面；背柵電極，通過(guò)蒸發(fā)金屬形成于？+-81器件 的襯底背面；定位標(biāo)記，形成于？+-81器件的襯底正面；氧化鋅納米線，放 置于P+ - Si器件的襯底正面；源漏電極，形成于所述P+ - Si器件的襯底正面； 上述工藝基礎(chǔ)上，再進(jìn)行退火處理，使得原本小于零伏的閾值電壓，正向漂 移，形成大于零伏的閾值電壓。
本發(fā)明提供的增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法，實(shí) 現(xiàn)了閾值電壓大于零伏的增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET。


圖1為本發(fā)明一種增強(qiáng)型背柵ZnONWFET制備方法的流程示意圖； 圖2圖1中退火處理后的ZnONWFET器件的轉(zhuǎn)移特性曲線； 圖3為本發(fā)明一種增強(qiáng)型背柵ZnO NWFET的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1為本發(fā)明一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備方法的流 程示意圖。該制備方法包括以下步驟
步驟1、在P+ - Si襯底的正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)Si02。利用PECVD (等離子 體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積)在P+ - Si村底的正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)Si02，完成背柵ZnO 納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵氧介質(zhì)的制作。
步驟2、在？+-81襯底的背面形成背柵電極。在P十-Si襯底的背面蒸發(fā) 金屬，'形成背柵電極。
步驟3、在？+-81襯底的正面形成定位標(biāo)記。依次在P+-Si襯底的正面進(jìn)行光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬、剝離金屬，形成規(guī)則的周期性排列的十 字型定位標(biāo)記，為后續(xù)的納米線定位工藝提供十字型定位標(biāo)記。
步驟4、在P十-Si村底的正面完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。將氧化 鋅納米線材料浸泡于異丙酮溶液中，采用超聲降解技術(shù)，使納米線從生長(zhǎng)村 底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；并將含有氧化鋅納米線的異丙酮溶液滴于 P+ - Si襯底的正面，完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。
步驟5、在P士 - Si村底的正面完成納米線的定位。在高倍顯微鏡下，觀 察氧化鋅納米線，利用十字型定位標(biāo)記，為后續(xù)光刻工藝提供氧化鋅納米線 的準(zhǔn)確位置。
步驟6、在P十-Si襯底的正面制作源漏電極。依次光刻源漏電極圖形、 蒸發(fā)金屬、剝離金屬，在？+-81襯底的正面形成源漏電極。
步驟7、退火處理。在60(TC下，退火2min,使得ZnO NW FET的閾值 電壓正向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大于零伏的增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET。前述工藝過(guò)程按 順序執(zhí)行，當(dāng)在？+-81村底的正面制作源漏電才及后，將整個(gè)wafer (晶片)進(jìn) 行退火，其目的在于使器件閾值電壓正向漂移。
本發(fā)明所述的增強(qiáng)型背4冊(cè)ZnO NW FET制備方法中，在ZnO NW FET的 源漏電極制作后，還需進(jìn)行退火處理使得ZnO NW FET器件的閾值電壓向正 向移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)大于零伏的增強(qiáng)型閾值電壓，從而獲得增強(qiáng)型背柵ZnONWFET。 圖2為圖1中退火處理后的ZnONWFET器件的轉(zhuǎn)移特性曲線，其表4正ZnO NWFET器件在不同柵電壓作用下的源漏電流變化曲線。同時(shí)，ZnONWFET 器件的閾值電壓也可由此曲線得到，從圖2可以看出，當(dāng)柵電壓Vgs小于OV 時(shí)，源漏電流Ids極小，當(dāng)柵電壓Vgs大于0V后，源漏電流Ids逐漸增加， 可知器件的閾值電壓為增強(qiáng)型。
圖3為本發(fā)明一種增強(qiáng)型背柵ZnONWFET的結(jié)構(gòu)示意圖。增強(qiáng)型背柵 ZnONWFET,包括
柵氧介質(zhì)Si02，生長(zhǎng)于P+ - Si襯底的正面；背柵電極，通過(guò)蒸發(fā)金屬形成于P+ - Si襯底的背面； 定位標(biāo)記(圖3中未示出)，形成于？+-81襯底的正面； ZnO納米線，根據(jù)所述定位標(biāo)記，形成于？+-8〖襯底的正面； 源漏電極(圖3中分別為源電極、漏電極)，形成于所述？+-81村底的 正面。
上述工藝基礎(chǔ)上，再進(jìn)行退火處理，使得原本小于零伏的閾值電壓，正 向漂移，形成大于零伏的閾值電壓。該實(shí)施例中的增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET 可以采用上述增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET制備方法得到。
本發(fā)明提供的增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET制備方法，實(shí)現(xiàn)了閾值電壓大于 零伏的增強(qiáng)型背柵ZnO NW FET。
最后應(yīng)說(shuō)明的是以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其 限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或 者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技
術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
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權(quán)利要求
1、一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備方法，其特征在于，包括在P+-Si襯底的正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)SiO2；在P+-Si襯底的背面形成背柵電極；在P+-Si襯底的正面形成定位標(biāo)記；在P+-Si襯底的正面完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積；在P+-Si襯底的正面完成納米線的定位；在P+-Si襯底的正面制作源漏電極；退火處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在？+-^襯底的 正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)Si02為利用PECVD在P+ - Si襯底的正面生長(zhǎng)4冊(cè)氧介質(zhì)Si02。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在？+-^襯底的 背面形成背柵電極為在？+-^襯底的背面通過(guò)蒸發(fā)金屬，形成背柵電極。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在P十-Si襯底的 正面形成定位標(biāo)i己為依次在？+-81襯底的正面進(jìn)行光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬、剝離金屬， 形成規(guī)則的周期性排列的十字型定位標(biāo)記。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在P十-Si襯底的 正面完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積包括將氧化鋅納米線材料浸泡于異丙酮溶液中，采用超聲降解技術(shù)，使納米 線從生長(zhǎng)襯底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；并將含有氧化鋅納米線的異丙酮溶液滴于P+ - Si襯底的正面，完成氧化 鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在？+-81襯底的 正面完成納米線的定位包括在高倍顯微鏡下，觀察氧化鋅納米線，利用十字型定位標(biāo)記，為后續(xù)光 刻工藝纟是供氧化鋅納米線的準(zhǔn)確位置。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述在？+-81襯底的 正面制作源漏電極為依次光刻源漏電極圖形、蒸發(fā)金屬、剝離金屬，形成 源漏電才及。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理為在 60(TC進(jìn)^f于退火處理。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述退火處理的時(shí)間 為2分鐘。
10、 一種增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于，根據(jù)權(quán) 利要求l-9任一所述的制備方法制成，包括柵氧介質(zhì)Si02，生長(zhǎng)于P十-Si器件的襯底正面； 背柵電極，通過(guò)蒸發(fā)金屬形成于P+ - Si器件的襯底背面； 定位標(biāo)記，形成于？+-81器件的襯底正面； 氧化鋅納米線，放置于P+ - Si器件的襯底正面； 源漏電極，形成于所述？+-81器件的襯底正面；上述工藝基礎(chǔ)上，再進(jìn)行退火處理，使得原本小于零伏的閾值電壓，正 向漂移，形成大于零伏的閾值電壓。
全文摘要
本發(fā)明涉及增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制備方法。該制備方法包括在P+-Si襯底的正面生長(zhǎng)柵氧介質(zhì)SiO₂；在P+-Si襯底的背面形成背柵電極；在P+-Si襯底的正面形成定位標(biāo)記；在P+-Si襯底的正面完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積；在P+-Si襯底的正面完成納米線的定位；在P+-Si襯底的正面制作源漏電極；退火處理。本發(fā)明提供的增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備方法，實(shí)現(xiàn)了閾值電壓大于零伏的增強(qiáng)型背柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
文檔編號(hào)H01L23/544GK101431028SQ20081022746
公開(kāi)日2009年5月13日 申請(qǐng)日期2008年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月25日
發(fā)明者付曉君, 張海英, 徐靜波, 明 黎 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所