專利名稱：一種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體材料、器件領(lǐng)域，尤其涉及一種制作頂柵氧化鋅納米線
場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。
背景技術(shù)：
Zn0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。Zn0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，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)等材料的生長和特性以及ZnO傳感器、透明電極、壓敏電阻、太陽能電池窗口、表面聲波器件、探測(cè)器及發(fā)光二極管(Light-emitting Diodes，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，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，ZnO納米器件的制備及應(yīng)用等問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,麗FET)已成為國際研究的熱點(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_SemiconductorField_Effect Transistor,M0SFET)。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C0、NH3等)進(jìn)行探測(cè)，通過場(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)國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到重要的推動(dòng)作用。
頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管則指將柵電極制作在ZnO納米線的頂部，有助于利用改變柵電壓以控制ZnO溝道的電流。"由下至上"的納米器件制備技術(shù)不同于常規(guī)的"由上至下"的半導(dǎo)體器件制備技術(shù)。在"由下至上"的ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件的制備過程中，有很多關(guān)鍵工藝需要摸索和嘗試。所以，頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作是一個(gè)非常值得研究的技術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
( — )要解決的技術(shù)問題 在"由下至上"的頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作過程中，由于ZnO納米線的直徑為百納米量級(jí)，且需要從其生長襯底表面轉(zhuǎn)移到器件制備襯底P型Si ( S卩P+_Si)表面，ZnO納米線的轉(zhuǎn)移、淀積、定位等工藝對(duì)于頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作是必不可少的，對(duì)于后續(xù)的器件制備工藝有著重要的作用。此外，源漏電極、柵氧介質(zhì)和頂柵電極的制作也是ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)之一。因此，開發(fā)一種頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝流程是一個(gè)很重要的技術(shù)課題。 有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，以實(shí)現(xiàn)頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作。
(二)技術(shù)方案 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下 —種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括 在襯底表面制作定位標(biāo)記； 將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面； 對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位； 制作源漏電極； 制作柵氧介質(zhì)； 制作頂柵電極，形成頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管。 上述方案中，所述在襯底表面制作定位標(biāo)記的步驟，具體包括選擇P型Si作為襯底，采用PECVD方法在P型Si襯底的表面依次進(jìn)行光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，形成規(guī)則的周期性排列十字型定位標(biāo)記，為后續(xù)的納米線定位工藝提供十字型定位標(biāo)記。 上述方案中，所述將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面的步驟，具體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)，使氧化鋅納米線從生長襯底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；然后將含有氧化鋅納米線的異丙酮溶液滴于已完成定位標(biāo)記制作的襯底的表面，完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。 上述方案中，所述對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位的步驟，具體包括在高倍顯微鏡下，觀察氧化鋅納米線，利用制作的十字型定位標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線的定位，為后續(xù)光刻工藝提供氧化鋅納米線的準(zhǔn)確位置。 上述方案中，所述制作源漏電極的步驟，具體包括在完成氧化鋅納米線定位的襯底的表面，依次進(jìn)行光刻源漏電極圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，將氧化鋅納米線與源漏電極相連，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏電極的制作。 上述方案中，所述制作柵氧介質(zhì)的步驟，具體包括在完成源漏電極制作的襯底的表面，采用PECVD生長Si02介質(zhì)，然后光刻?hào)叛鯃D形，并采用RIE刻蝕多余的Si02介質(zhì)，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵氧介質(zhì)的制作。
上述方案中，所述制作頂柵電極的步驟，具體包括在完成柵氧介質(zhì)制作的襯底的
表面，依次進(jìn)行光刻頂柵電極圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，完成頂柵電極的制作。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 本發(fā)明提供的這種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括定位標(biāo)記的制作(光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬、金屬剝離)、納米線的轉(zhuǎn)移和淀積、納米線的定位、源漏電極的制作(光刻源漏電極圖形、蒸發(fā)金屬、金屬剝離)、柵氧介質(zhì)的制作(PECVD生長Si(^介質(zhì)、光刻?hào)叛鯃D形、RIE刻蝕)、頂柵電極的制作(光刻頂柵電極圖形、蒸發(fā)金屬、金屬剝離)。本發(fā)明利用Zn0納米線材料，經(jīng)過上述工藝流程，實(shí)現(xiàn)了頂柵Zn0納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作。


圖1是本發(fā)明提供的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法流程圖； 圖2是依照本發(fā)明實(shí)施例提供的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝流
程圖； 圖3是依照本發(fā)明實(shí)施例制作的頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。 如圖1所示，圖1是本發(fā)明提供的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法流程圖，該方法包括 步驟101 :在襯底表面制作定位標(biāo)記； 在本步驟中，選擇P型Si作為襯底，采用PECVD方法在P型Si襯底的表面依次進(jìn)
行光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，形成規(guī)則的周期性排列十字型定位標(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102 :將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面； 在本步驟中，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)，使氧化鋅納米線從生長襯底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；然后將含有氧化鋅納米線的異丙酮溶液滴于已完成定位標(biāo)記制作的襯底的表面，完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。
步驟103 :對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位； 在本步驟中，在高倍顯微鏡下，觀察氧化鋅納米線，利用制作的十字型定位標(biāo)記，
實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線的定位，為后續(xù)光刻工藝提供氧化鋅納米線的準(zhǔn)確位置。
步驟104 :制作源漏電極； 在本步驟中，在完成氧化鋅納米線定位的襯底的表面，依次進(jìn)行光刻源漏電極圖
形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，將氧化鋅納米線與源漏電極相連，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體
管源漏電極的制作。
步驟105 :制作柵氧介質(zhì)； 在本步驟中，在完成源漏電極制作的襯底的表面，采用PECVD生長Si02介質(zhì)，然后光刻?hào)叛鯃D形，并采用RIE刻蝕多余的Si02介質(zhì)，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵氧介質(zhì)的制作。
步驟106 :制作頂柵電極，形成頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管； 在本步驟中，在完成柵氧介質(zhì)制作的襯底的表面，依次進(jìn)行光刻頂柵電極圖形、蒸
發(fā)金屬和金屬剝離，完成頂柵電極的制作。 圖2示出了依照本發(fā)明實(shí)施例提供的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的工藝流程圖，該方法包括 1、該步工藝為定位標(biāo)記的制作，在器件制備襯底P型Si的表面依次進(jìn)行光刻定位標(biāo)記圖形、蒸發(fā)金屬、金屬剝離，形成規(guī)則的周期性排列十字型標(biāo)記，為后續(xù)的納米線定位工藝提供十字型定位標(biāo)記。 2、該步工藝為納米線的轉(zhuǎn)移和淀積，將Zn0納米線材料浸泡于異丙酮溶液中，采用超聲降解技術(shù)，使納米線從生長襯底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；并將含有ZnO納米線的異丙酮溶液滴于器件制備襯底P型Si的表面，完成ZnO納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。
3、該步工藝為納米線的定位，在高倍顯微鏡下，觀察ZnO納米線，利用十字型標(biāo)記，為后續(xù)光刻工藝提供ZnO納米線的準(zhǔn)確位置。 4、該步工藝為源漏電極的制作，依次進(jìn)行光刻源漏電極圖形，蒸發(fā)金屬、金屬剝
離，ZnO納米線與源漏電極相連，完成ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源漏電極制作。 5、該步工藝為柵氧介質(zhì)的制作，依次進(jìn)行PECVD生長Si02介質(zhì)、光刻?hào)叛鯃D形、
RIE刻蝕多余Si02介質(zhì)，完成ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的柵氧介質(zhì)的制作。 6、該步工藝為頂柵電極的制作，依次進(jìn)行光刻頂柵電極圖形、蒸發(fā)金屬、金屬剝
離，完成頂柵電極的制作。 圖3示出了依照本發(fā)明實(shí)施例制作的頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。 以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于，該方法包括在襯底表面制作定位標(biāo)記；將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面；對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位；制作源漏電極；制作柵氧介質(zhì)；制作頂柵電極，形成頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述在襯底表面制作定位標(biāo)記的步驟，具體包括選擇P型Si作為襯底，采用PECVD方法在P型Si襯底的表面依次進(jìn)行光刻定位標(biāo)記 圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝離，形成規(guī)則的周期性排列十字型定位標(biāo)記，為后續(xù)的納米線定位 工藝提供十字型定位標(biāo)記。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面的步驟，具體包括 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)，使氧化鋅納米線從生 長襯底表面脫落，懸浮于異丙酮溶液；然后將含有氧化鋅納米線的異丙酮溶液滴于已完成 定位標(biāo)記制作的襯底的表面，完成氧化鋅納米線的轉(zhuǎn)移和淀積。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位的步驟，具體包括在高倍顯微鏡下，觀察氧化鋅納米線，利用制作的十字型定位標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)氧化鋅納米線 的定位，為后續(xù)光刻工藝提供氧化鋅納米線的準(zhǔn)確位置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述制作源漏電極的步驟，具體包括在完成氧化鋅納米線定位的襯底的表面，依次進(jìn)行光刻源漏電極圖形、蒸發(fā)金屬和金 屬剝離，將氧化鋅納米線與源漏電極相連，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管源漏電極的制作。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述制作柵氧介質(zhì)的步驟，具體包括在完成源漏電極制作的襯底的表面，采用PECVD生長Si02介質(zhì)，然后光刻?hào)叛鯃D形，并 采用RIE刻蝕多余的Si02介質(zhì)，完成氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管柵氧介質(zhì)的制作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，其特征在于， 所述制作頂柵電極的步驟，具體包括在完成柵氧介質(zhì)制作的襯底的表面，依次進(jìn)行光刻頂柵電極圖形、蒸發(fā)金屬和金屬剝 離，完成頂柵電極的制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種制作頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，該方法包括在襯底表面制作定位標(biāo)記；將氧化鋅納米線轉(zhuǎn)移和淀積至襯底表面；對(duì)氧化鋅納米線進(jìn)行定位；制作源漏電極；制作柵氧介質(zhì)；制作頂柵電極，形成頂柵氧化鋅納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管。本發(fā)明利用ZnO納米線材料，經(jīng)過上述工藝流程，實(shí)現(xiàn)了頂柵ZnO納米線場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101728271SQ20081022490
公開日2010年6月9日 申請(qǐng)日期2008年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月24日
發(fā)明者付曉君, 張海英, 徐靜波, 黎明 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院微電子研究所