專利名稱：自旋晶體管及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自旋晶體管及其制造方法，特別是涉及一種具有微小化結(jié)構(gòu)的自旋晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)晶體管是利用電子與空穴兩種載流子傳輸作用的半導(dǎo)體組件，是近代微電子電路的核心組件。各種不同功能的數(shù)字電路與模擬電路都是由晶體管組合而成。自旋晶體管(spin transistor)是利用電子具有自旋向上與自旋向下的特性來(lái)控制組件的電信號(hào)，進(jìn)而產(chǎn)生類似傳統(tǒng)晶體管的效應(yīng)。目前研發(fā)的自旋晶體管主要是在雙勢(shì)壘中夾一層磁阻組件，而磁阻組件作為電子自旋閥，利用磁阻組件中鐵磁層之磁性排列的不同組態(tài)來(lái)控制熱電子的流通。
如Monsma等人在1995年提出的自旋晶體管結(jié)構(gòu)，是利用兩塊半導(dǎo)體硅基板夾住一層磁性多層膜，由真空貼合(vacuum bounding)技術(shù)制成。此磁性多層膜由鈷(Co)/銅(Cu)/鈷(Co)/鉑(Pt)等金屬層組成，以作為電子自旋閥并定義為基極(base)。與鉑相貼的硅基板作為發(fā)射極(emitter)，在鉑與硅基板間形成一個(gè)肖特基勢(shì)壘(Schottky barrier)；與鈷相貼的硅基板作為集電極(collector)，在鈷與硅基板間形成另一個(gè)肖特基勢(shì)壘(Schottkybarrier)。在通電的情況下，發(fā)射極的肖特基勢(shì)壘為負(fù)偏壓，集電極的肖特基勢(shì)壘為正偏壓，因此發(fā)射極加速電子通過(guò)肖特基勢(shì)壘而進(jìn)入磁性多層膜(基極)成為熱電子。熱電子通過(guò)基極的數(shù)量決定于自旋閥中兩鈷層的磁性方向是否相同，若磁性方向相反，通過(guò)的熱電子數(shù)量少，若磁性方向平行，通過(guò)的熱電子數(shù)量多。但真空貼合技術(shù)在制造上不易實(shí)現(xiàn)微小化且成本較高。
另一種雙勢(shì)壘的自旋晶體管結(jié)構(gòu)由Mizushima等人于1997年提出，是在作為集電極的n型砷化鎵(GaAs)基板上制造一磁電阻組件為基極，此基極與由鋁氧化而成的氧化鋁形成一個(gè)勢(shì)壘，并在氧化鋁上鍍上金屬作為發(fā)射極，此發(fā)射極業(yè)提供一個(gè)肖特基勢(shì)壘。但此組件的圖案(pattern)是以金屬掩膜(contact mask)定義，也不容易將樣品微小化。
關(guān)于圖案制造方式，金屬掩膜光刻(contact mask lithography)是將帶有圖案的金屬掩膜直接放置到基板上。在鍍膜時(shí)利用金屬掩膜直接阻擋不需要鍍膜的部分。黃光光刻為半導(dǎo)體工藝或微機(jī)電工藝中最常用的圖案轉(zhuǎn)移技術(shù)，其基本原理為利用UV(紫外)光曝光的方式將光掩膜上的圖案轉(zhuǎn)移到芯片表面的感光層(即為光阻劑)上，接著使用特殊的蝕刻去除液(顯影液)將不要的地方移除，即可在芯片表面得到所需圖案的光阻劑結(jié)構(gòu)。R.Sato等人在2001年，以及Sebastiaan van Dijken等人分別在2003與2005年皆提出利用金屬掩膜定義圖案的方法，圖案的最小線寬皆為100微米。另外，O.M.J.van’t Erve等人在2002年提出利用黃光光刻的方法定義圖案，而圖案的最小線寬為350微米。綜上所述，不論是何種工藝，組件尺寸皆大于100微米，造成自旋晶體管推廣應(yīng)用上的困難，因此簡(jiǎn)化自旋晶體管工藝與縮小自旋晶體管組件尺寸實(shí)為一重要課題。
電子束光刻(electron beam lithography)為制造次微米至納米級(jí)尺度結(jié)構(gòu)最重要的技術(shù)之一，其基本原理為利用高電壓加速的電子對(duì)特殊的光阻劑進(jìn)行直寫，通過(guò)電磁線圈來(lái)控制電子行進(jìn)路線，可制造出各種包含周期性及非周期性等圖案。由于電子的波長(zhǎng)比一般光刻工藝所使用的光源波長(zhǎng)更小，因此能提供更高的分辨率。電子束光刻可輕易實(shí)現(xiàn)幾百至幾納米尺寸的線寬，除了可以用來(lái)制造光刻所需的掩膜，還可進(jìn)行直寫(direct write)，即不需要掩膜就能定義圖案。但目前電子束光刻尚未被應(yīng)用到自旋晶體管在定義發(fā)射極、集電極與基極的圖案的制造上。
綜上所述，目前研發(fā)的自旋晶體管主要是在雙勢(shì)壘中夾一層磁阻組件，其工藝較為繁復(fù)，且因光刻工藝的限制造成自旋晶體管的微小化有其困難。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種自旋晶體管及其制造方法，利用光刻工藝定義所需區(qū)域，及離子注入方式?jīng)Q定摻雜濃度，可制造出發(fā)射極、基極與集電極均在同一平面的自旋晶體管?？蓪?shí)現(xiàn)自旋晶體管微小化目的，并且有利自旋晶體管與集成電路組件整合與后續(xù)封裝。
本發(fā)明所公開的自旋晶體管的制造方法，其步驟為先在基板上形成絕緣層。再在絕緣層形成第一接觸窗，通過(guò)第一接觸窗在基板形成摻雜區(qū)，其中摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與基板相反。接著在絕緣層形成第二接觸窗，且在絕緣層上形成磁電阻薄膜。最后再形成位于第一接觸窗的第一金屬區(qū)、位于第二接觸窗的第二金屬區(qū)與位于磁電阻薄膜的第三金屬區(qū)，其中第一金屬區(qū)接觸磁電阻薄膜。第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)與第三金屬區(qū)作為自旋晶體管的基極、集電極與發(fā)射極端。另外，本發(fā)明的制造方法可改由第二金屬區(qū)接觸磁電阻薄膜，而第一金屬區(qū)不接觸磁電阻薄膜，此時(shí)第二金屬區(qū)則成為基極端，而第一金屬區(qū)成為集電極端。利用光刻工藝定義出基極端的區(qū)域，并用離子注入的方式?jīng)Q定基極的摻雜區(qū)的濃度，可由此定義出自旋晶體管的基極與集電極之間的勢(shì)壘。上述形成的自旋晶體管為電流平行平面(Current In Plane，簡(jiǎn)稱CIP)型自旋晶體管。
另外，本發(fā)明的制造方法也可制成電流垂直平面(Current PerpendicularPlane，簡(jiǎn)稱CPP)型自旋晶體管。其步驟包括在基板上先形成絕緣層。再在絕緣層形成第一接觸窗，通過(guò)第一接觸窗在基板形成摻雜區(qū)，其中摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與基板相反。接著在絕緣層形成第二接觸窗，然后在第一接觸窗的第一位置形成磁電阻薄膜。最后形成第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)與第三金屬區(qū)，其中第一金屬區(qū)位于磁電阻薄膜上，第二金屬區(qū)位于第二接觸窗，且第三金屬區(qū)位于第一接觸窗的第二位置。第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)與第三金屬區(qū)作為自旋晶體管的發(fā)射極、集電極與基極。此外，CPP型自旋晶體管的制造方法也可改為在第二接觸窗而不是第一接觸窗的第一位置形成磁電阻薄膜，此時(shí)在第一接觸窗形成第一金屬區(qū)，第二金屬區(qū)位于磁電阻薄膜上，且第三金屬區(qū)位于第二接觸窗的第二位置。則第一金屬區(qū)、第二金屬區(qū)與第三金屬區(qū)作為自旋晶體管的集電極、發(fā)射極與基極。
再者，本發(fā)明制造的CIP型自旋晶體管的結(jié)構(gòu)包括基板，其表面具有絕緣層，且絕緣層具有第一接觸窗與第二接觸窗；摻雜區(qū)，形成在基板且位于第一接觸窗下方，其中摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與基板相反；第一金屬區(qū)，位于第一接觸窗；第二金屬區(qū)，位于第二接觸窗；磁電阻薄膜，位于絕緣層上，且磁電阻薄膜接觸第一金屬區(qū)；以及第三金屬區(qū)，位于磁電阻薄膜。此外，CIP型自旋晶體管的另一結(jié)構(gòu)為磁電阻薄膜接觸第二金屬區(qū)而不接觸第一金屬區(qū)，其余結(jié)構(gòu)則和上述CIP型自旋晶體管相同。
另外，本發(fā)明制造的CPP型自旋晶體管的結(jié)構(gòu)包括基板，其表面具有絕緣層，且絕緣層具有第一接觸窗與第二接觸窗；摻雜區(qū)，形成在基板且位于第一接觸窗下方，其中摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與基板相反；磁電阻薄膜，位于第一接觸窗之第一位置；第一金屬區(qū)，位于磁電阻薄膜；第二金屬區(qū)，位于第二接觸窗；以及第三金屬區(qū)，位于第一接觸窗的第二位置。此外，CPP型自旋晶體管的另一結(jié)構(gòu)為磁電阻薄膜位于第二接觸窗的第一位置，此時(shí)第一金屬區(qū)位于第一接觸窗，而第二金屬區(qū)位于磁電阻薄膜上，又第三金屬區(qū)位于第二接觸窗的第二位置，其余結(jié)構(gòu)則和上述CPP型自旋晶體管相同。
本發(fā)明的制造方法是制造出發(fā)射極、基極與集電極均在同一平面的自旋晶體管，可簡(jiǎn)化自旋晶體管的工藝并有利自旋晶體管與集成電路組件整合及后續(xù)封裝，且配合電子束光刻工藝或黃光光刻工藝定義組件圖案可實(shí)現(xiàn)微小化的功效。
下面將通過(guò)實(shí)施方式詳細(xì)敘述本發(fā)明的詳細(xì)特征和優(yōu)點(diǎn)，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以通過(guò)其了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容并進(jìn)行實(shí)施，并且根據(jù)本說(shuō)明書公開的內(nèi)容、權(quán)利要求和附圖，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以很容易地理解本發(fā)明的相關(guān)目的和優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A至圖2E為本發(fā)明第一實(shí)施例的制造方法示意圖；圖3為本發(fā)明的第二實(shí)施方式圖；圖4A至圖4C為本發(fā)明的第三實(shí)施方式圖；以及圖5A至圖5C為本發(fā)明的第四實(shí)施方式圖。
其中，附圖標(biāo)記11、21P型硅基板 12、22N型阱13、23絕緣層 13a、23a第一接觸窗13b、23b第二接觸窗14、24磁電阻薄膜15、25第一金屬區(qū) 16、26第二金屬區(qū)17、27第三金屬區(qū)
具體實(shí)施例方式
為了對(duì)本發(fā)明的目的、構(gòu)造、特征、及其功能有進(jìn)一步的了解，下面結(jié)合實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以上關(guān)于本發(fā)明內(nèi)容的說(shuō)明和以下的實(shí)施方式說(shuō)明用于示范與解釋本發(fā)明的原理，并對(duì)本發(fā)明的權(quán)利要求提供更進(jìn)一步的解釋。
請(qǐng)參閱圖1，其為本發(fā)明第一實(shí)施方式的CIP型自旋晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。P型硅基板11表面具有絕緣層13，且絕緣層13具有第一接觸窗13a與第二接觸窗13b。N型阱12，經(jīng)由離子注入形成在P型硅基板11且位于第一接觸窗13a下方。第一金屬區(qū)15，位于第一接觸窗13a。第二金屬區(qū)16，位于第二接觸窗13b。磁電阻薄膜14，位于絕緣層13上，并且磁電阻薄膜14接觸第一金屬區(qū)15；以及第三金屬區(qū)17，位于磁電阻薄膜14。第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17作為自旋晶體管的基極、集電極與發(fā)射極端，發(fā)射極可在不同外加磁場(chǎng)的情況下提供不同電阻；集電極作為被動(dòng)組件，用于提供單一勢(shì)壘(PN接面)；基極間隔在發(fā)射極與集電極間，分別電氣導(dǎo)通于發(fā)射極與集電極。磁電阻薄膜14可由外加磁場(chǎng)的控制，而產(chǎn)生高電阻或低電阻，故可在固定電壓下產(chǎn)生不同大小的發(fā)射極電流，使得在不同外加磁場(chǎng)的情形下，通過(guò)單一勢(shì)壘的集電極電流也隨之產(chǎn)生變化。
接下來(lái)請(qǐng)同時(shí)參閱圖2A至圖2E以詳細(xì)說(shuō)明第一實(shí)施例的制造方法。如圖2A所示，先在P型硅基板11上形成絕緣層13。絕緣層13為P型硅基板11氧化而形成的二氧化硅層。另外，絕緣層13也可為其它具絕緣效果的材料。接著如圖2B所示，在絕緣層13形成第一接觸窗13a。第一接觸窗13a通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝而形成，此光刻工藝可為黃光光刻工藝或電子束光刻工藝。再來(lái)如圖2C所示，通過(guò)第一接觸窗13a在P型硅基板11形成N型阱12。N型阱12為通過(guò)注入高濃度的N型離子而形成的摻雜區(qū)。P型硅基板11與N型阱12造成的PN接面可提供單一勢(shì)壘，同理，在本發(fā)明中也可使用形成有P型阱的N型硅基板。接下來(lái)如圖2D所示，在絕緣層13形成第二接觸窗13b，第二接觸窗13b通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝而形成，此光刻工藝可為黃光光刻工藝或電子束光刻工藝。然后如圖2E所示，在絕緣層13上形成磁電阻薄膜14。磁電阻薄膜14為通過(guò)蒸發(fā)法或?yàn)R射法沉積的磁性多層膜，可先制造完成后再以貼合方式形成在絕緣層13上。最后可參照?qǐng)D1所示，形成位于第一接觸窗13a的第一金屬區(qū)15、位于第二接觸窗13b的第二金屬區(qū)16與位于磁電阻薄膜14的第三金屬區(qū)17。其中第一金屬區(qū)15接觸磁電阻薄膜14。第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17作為自旋晶體管的基極、集電極與發(fā)射極端。形成第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17的方法為先在如圖2E所示的表面沉積金屬導(dǎo)電材料，再經(jīng)過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17的圖案。其中第一金屬區(qū)15接觸N型阱12與磁電阻薄膜14，作為基極電極。第二金屬區(qū)16接觸P型硅基板11作為集電極電極。第三金屬區(qū)17連接磁電阻薄膜14作為發(fā)射極接點(diǎn)。本發(fā)明的制造方法整合自旋晶體管的發(fā)射極、基極與極集在同一平面，簡(jiǎn)化了自旋晶體管的工藝，且所有步驟可配合一般半導(dǎo)體工藝，提高制造的便利性。又配合電子束光刻工藝或黃光光刻工藝定義組件圖案可實(shí)現(xiàn)微小化的效果。其中經(jīng)電子束光刻工藝定義的圖案的最小線寬為0.5微米。
另外，本發(fā)明可制造另一種CIP型自旋晶體管。請(qǐng)參閱圖3，其為本發(fā)明的第二實(shí)施方式。在第二實(shí)施方式中先在P型硅基板11上形成絕緣層13(參考圖2A)。絕緣層13為P型硅基板11氧化而形成的二氧化硅層。另外，絕緣層13也可為其它具絕緣效果的材料。接著在絕緣層13形成第一接觸窗13a(參考圖2B)。第一接觸窗13a通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝而形成，此光刻工藝可為黃光光刻工藝或電子束光刻工藝。再通過(guò)第一接觸窗13a在P型硅基板11形成N型阱12(參考圖2C)。N型阱12為通過(guò)注入高濃度的N型離子而形成的摻雜區(qū)。P型硅基板11與N型阱12形成的PN接面可提供單一勢(shì)壘，同理，在本發(fā)明中也可使用形成有P型阱的N型硅基板。接下來(lái)在絕緣層13形成第二接觸窗13b(參考圖2D)，第二接觸窗13b通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝形成，此光刻工藝可為黃光光刻工藝或電子束光刻工藝。然后在絕緣層13上形成磁電阻薄膜14(參考圖2E)。磁電阻薄膜14為利用蒸發(fā)法或?yàn)R射法沉積的磁性多層膜，可先制造完成后再以貼合方式形成到絕緣層13上。最后如圖3所示，形成位于第一接觸窗13a的第一金屬區(qū)15、位于第二接觸窗13b的第二金屬區(qū)16與位于磁電阻薄膜14的第三金屬區(qū)17。其中第二金屬區(qū)16接觸磁電阻薄膜14。第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17作為自旋晶體管的集電極、基極與發(fā)射極端。形成第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17的方法為先在如圖2E所示的表面沉積金屬導(dǎo)電材料，再經(jīng)過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17的圖案。其中第一金屬區(qū)15接觸N型阱12作為集電極電極。第二金屬區(qū)16接觸P型硅基板11與磁電阻薄膜14，作為基極電極。第三金屬區(qū)17連接磁電阻薄膜14作為發(fā)射極接點(diǎn)。
第二實(shí)施方式的CIP型自旋晶體管的結(jié)構(gòu)說(shuō)明如下。請(qǐng)參閱圖3所示，P型硅基板11表面具有絕緣層13，且絕緣層13具有第一接觸窗13a與第二接觸窗13b。N型阱12，通過(guò)離子注入形成在P型硅基板11且位于第一接觸窗13a下方。第一金屬區(qū)15，位于第一接觸窗13a。第二金屬區(qū)16，位于第二接觸窗13b。磁電阻薄膜14，位于絕緣層13上，且磁電阻薄膜14接觸第二金屬區(qū)16。以及第三金屬區(qū)17，位于磁電阻薄膜14。第一金屬區(qū)15、第二金屬區(qū)16與第三金屬區(qū)17作為自旋晶體管的集電極、基極與發(fā)射極端。
另外，本發(fā)明的制造方法也可制成電流垂直平面(Current PerpendicularPlane，簡(jiǎn)稱CPP)型自旋晶體管。請(qǐng)同時(shí)參閱圖4A至圖4C，為本發(fā)明的第三實(shí)施方式。如圖4A所示，其步驟包括先在P型硅基板21上形成絕緣層23。再在絕緣層23形成第一接觸窗23a，通過(guò)第一接觸窗23a在P型硅基板21形成N型阱22，其中第一接觸窗23a的大小為配合后續(xù)制造步驟而調(diào)整。接著在絕緣層23形成第二接觸窗23b(前面各步驟的制造方法與圖2A至圖2D中的制造方法相同，在此不再贅述)。接下來(lái)如圖4B所示，在第一接觸窗23a的第一位置形成磁電阻薄膜24(如圖中所示的位置)。磁電阻薄膜24為通過(guò)蒸發(fā)法或?yàn)R射法直接沉積到第一接觸窗23a而形成。并且通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出磁電阻薄膜24的圖案。最后如圖4C所示，形成第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27，其中第一金屬區(qū)25位于磁電阻薄膜24上，且第二金屬區(qū)26位于第二接觸窗23b，又第三金屬區(qū)27位于第一接觸窗23a的第二位置(如圖中所示的位置)。其中第三金屬區(qū)27與磁電阻薄膜24互不接觸。第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27作為自旋晶體管的發(fā)射極、集電極與基極端。形成第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27的方法為先在如圖4B所示的表面沉積金屬導(dǎo)電材料，再通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27的圖案。其中第一金屬區(qū)25位于磁電阻薄膜24上作為發(fā)射極電極端點(diǎn)，第二金屬區(qū)26接觸P型硅基板21作為集電極電極端點(diǎn)。而第三金屬區(qū)27位于P型硅基板21上以作為基極接點(diǎn)。
另外，本發(fā)明的制造方法也可制造另一種CPP型自旋晶體管。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5A至圖5C，其為本發(fā)明的第四實(shí)施方式。如圖5A所示，其步驟包括先在P型硅基板21上形成絕緣層23。再在絕緣層23形成第一接觸窗23a，通過(guò)第一接觸窗23a在P型硅基板21形成N型阱22。接著在絕緣層23形成第二接觸窗23b，其中第二接觸窗23b的大小為配合后續(xù)制造步驟而調(diào)整。(前面各步驟的制造方法與圖2A至圖2D中的制造方法相同，在此不再贅述)。接下來(lái)如圖5B所示，在第二接觸窗23b的第一位置形成磁電阻薄膜24(如圖中所示的位置)。磁電阻薄膜24為通過(guò)蒸發(fā)法或?yàn)R射法直接沉積到第二接觸窗23b而形成。并且通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出磁電阻薄膜24的圖案。最后如圖5C所示，形成第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27。其中第一金屬區(qū)25位于第一接觸窗23a。第二金屬區(qū)26位于磁電阻薄膜24上，第三金屬區(qū)27位于第二接觸窗23b的第二位置(如圖中所示的位置)。其中第三金屬區(qū)27與磁電阻薄膜24互不接觸。第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27作為自旋晶體管的集電極、發(fā)射極與基極端。形成第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27的方法為先在如圖5B所示的表面沉積金屬導(dǎo)電材料，再通過(guò)光刻工藝與蝕刻工藝定義出第一金屬區(qū)25、第二金屬區(qū)26與第三金屬區(qū)27的圖案。其中第一金屬區(qū)25接觸N型阱22作為集電極電極端點(diǎn)，第二金屬區(qū)26位于磁電阻薄膜24作為發(fā)射極電極端點(diǎn)。而第三金屬區(qū)27位于P型硅基板21上以作為基極端點(diǎn)。
綜上所述，本發(fā)明可制造出發(fā)射極、基極與集電極均在同一平面的自旋晶體管，有利于自旋晶體管與集成電路組件整合及后續(xù)封裝。本發(fā)明不但簡(jiǎn)化了自旋晶體管的工藝，且所有步驟可配合一般半導(dǎo)體工藝，提高制造的便利性。又配合電子束光刻工藝或黃光光刻工藝定義組件圖案使具有本發(fā)明結(jié)構(gòu)的自旋晶體管可實(shí)現(xiàn)微小化的目標(biāo)。
雖然如上所述公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，然而其并非用于限定本發(fā)明，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下，對(duì)于本發(fā)明做出的各種變形和改進(jìn)，均屬本發(fā)明的專利保護(hù)范圍。該范圍由本發(fā)明所附的權(quán)利要求及其等同物所限定。
權(quán)利要求
1.一種自旋晶體管的制造方法，其特征在于，包括在一基板上形成一絕緣層；在所述絕緣層形成一第一接觸窗；通過(guò)所述第一接觸窗在所述基板形成一摻雜區(qū)，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；在所述絕緣層形成一第二接觸窗；在所述絕緣層上形成一磁電阻薄膜；以及形成一位于所述第一接觸窗的第一金屬區(qū)、一位于所述第二接觸窗的第二金屬區(qū)與一位于所述磁電阻薄膜的第三金屬區(qū)，其中所述第一金屬區(qū)接觸所述磁電阻薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述磁電阻薄膜由貼合方式形成在所述絕緣層上。
6.一種自旋晶體管的制造方法，其特征在于，包括在一基板上形成一絕緣層；在所述絕緣層形成一第一接觸窗；通過(guò)所述第一接觸窗在所述基板形成一摻雜區(qū)，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；在所述絕緣層形成一第二接觸窗；在所述絕緣層上形成一磁電阻薄膜；以及形成一位于所述第一接觸窗的第一金屬區(qū)、一位于所述第二接觸窗的第二金屬區(qū)與一位于所述磁電阻薄膜的第三金屬區(qū)，其中所述第二金屬區(qū)接觸所述磁電阻薄膜。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述磁電阻薄膜由貼合方式形成在所述絕緣層上。
11.一種自旋晶體管的制造方法，其特征在于，包括在一基板上形成一絕緣層；在所述絕緣層形成一第一接觸窗；通過(guò)所述第一接觸窗在所述基板形成一摻雜區(qū)，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；在所述絕緣層形成一第二接觸窗；在所述第一接觸窗的第一位置形成一磁電阻薄膜；以及形成一第一金屬區(qū)、一第二金屬區(qū)與一第三金屬區(qū)，其中所述第一金屬區(qū)位于所述磁電阻薄膜上，所述第二金屬區(qū)位于所述第二接觸窗，且所述第三金屬區(qū)位于所述第一接觸窗的第二位置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
15.一種自旋晶體管的制造方法，其特征在于，包括在一基板上形成一絕緣層；在所述絕緣層形成一第一接觸窗；通過(guò)所述第一接觸窗在所述基板形成一摻雜區(qū)，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；在所述絕緣層形成一第二接觸窗；在所述第二接觸窗的第一位置形成一磁電阻薄膜；以及形成一第一金屬區(qū)、一第二金屬區(qū)與一第三金屬區(qū)，其中所述第一金屬區(qū)位于所述第一接觸窗，所述第二金屬區(qū)位于所述磁電阻薄膜上，且所述第三金屬區(qū)于所述第二接觸窗的第二位置。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的自旋晶體管的制造方法，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
19.一種自旋晶體管，其特征在于，包括一基板，所述基板的表面具有一絕緣層，且所述絕緣層具有一第一接觸窗與一第二接觸窗；一摻雜區(qū)，形成在所述基板且位于所述第一接觸窗下方，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；一第一金屬區(qū)，位于所述第一接觸窗；一第二金屬區(qū)，位于所述第二接觸窗；一磁電阻薄膜，位于所述絕緣層上，且所述磁電阻薄膜接觸所述第一金屬區(qū)；以及一第三金屬區(qū)，位于所述磁電阻薄膜。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的自旋晶體管，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的自旋晶體管，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的自旋晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
23.一種自旋晶體管，其特征在于，包括一基板，所述基板的表面具有一絕緣層，且所述絕緣層具有一第一接觸窗與一第二接觸窗；一摻雜區(qū)，形成在所述基板且位于所述第一接觸窗下方，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；一第一金屬區(qū)，位于所述第一接觸窗；一第二金屬區(qū)，位于所述第二接觸窗；一磁電阻薄膜，位于所述絕緣層上，且所述磁電阻薄膜接觸所述第二金屬區(qū)；以及一第三金屬區(qū)，位于所述磁電阻薄膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的自旋晶體管，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的自旋晶體管，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的自旋晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
27.一種自旋晶體管，其特征在于，包括一基板，所述基板的表面具有一絕緣層，且所述絕緣層具有一第一接觸窗與一第二接觸窗；一摻雜區(qū)，形成在所述基板且位于所述第一接觸窗下方，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；一磁電阻薄膜，位于所述第一接觸窗的第一位置；一第一金屬區(qū)，位于所述磁電阻薄膜；一第二金屬區(qū)，位于所述第二接觸窗；以及一第三金屬區(qū)，位于所述第一接觸窗的第二位置。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的自旋晶體管，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
29.根據(jù)權(quán)利要求27所述的自旋晶體管，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
30.根據(jù)權(quán)利要求27所述的自旋晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
31.一種自旋晶體管，其特征在于，包括一基板，所述基板的表面具有一絕緣層，且所述絕緣層具有一第一接觸窗與一第二接觸窗；一摻雜區(qū)，形成在所述基板且位于所述第一接觸窗下方，其中所述摻雜區(qū)的導(dǎo)電性與所述基板相反；一磁電阻薄膜，位于所述第二接觸窗的第一位置；一第一金屬區(qū)，位于所述第一接觸窗；一第二金屬區(qū)，位于所述磁電阻薄膜；以及一第三金屬區(qū)，位于所述第二接觸窗的第二位置。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自旋晶體管，其特征在于，所述基板為一P型硅基板。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自旋晶體管，其特征在于，所述絕緣層為一二氧化硅層。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的自旋晶體管，其特征在于，所述摻雜區(qū)為一N型阱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種自旋晶體管及其制造方法，在基板上利用光刻工藝定義所需區(qū)域，再以離子注入方式形成摻雜區(qū)，并在基板上形成磁電阻薄膜，最后可制造出發(fā)射極、基極與集電極均在同一平面的自旋晶體管。此制造方法將發(fā)射極、基極與集電極整合到單一平面上，可實(shí)現(xiàn)自旋晶體管微小化的目的，并且有利自旋晶體管與集成電路組件整合及后續(xù)封裝。
文檔編號(hào)H01L29/66GK1992165SQ20051013298
公開日2007年7月4日 申請(qǐng)日期2005年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月31日
發(fā)明者黃瀛文, 盧志權(quán), 謝藍(lán)青, 黃得瑞, 姚永德, 朱朝居 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院