襯1進(jìn)行超聲處理；再用氮?dú)鈱?duì)Si襯底1進(jìn)行吹干；然后在烘箱或熱板上對(duì)Sil進(jìn)行去水汽干燥處理。最后，利用化學(xué)氣相沉積的方法在Si襯底1上進(jìn)行功能塊材2的生長(zhǎng)。
[0042]參考圖2，在功能塊材2上進(jìn)行平面掩膜圖形3的加工。對(duì)表面導(dǎo)電性能不好的功能塊材2，例如由電絕緣材料制成的功能塊材2，需要首先在其表面蒸發(fā)導(dǎo)電金屬層或敷涂其他的導(dǎo)電聚合物等，然后采用電子束光刻或光學(xué)光刻方法，加工所需的光刻膠圖形陣列，直接用作圖形轉(zhuǎn)移的掩膜，或是通過(guò)金屬蒸發(fā)、溶膠剝離或以金屬圖形作為掩膜圖形3。具體地，在功能塊材2上旋涂厚度為微米級(jí)的正性光刻膠，并放置在熱板上進(jìn)行115°C前烘后，進(jìn)行紫外曝光獲得直徑為2 μπι的圓盤(pán)圖形陣列。其中，光刻膠的種類(lèi)與厚度沒(méi)有限定。光刻膠可采用正性光刻膠或負(fù)性光刻膠，若掩膜在使用正性光刻膠時(shí)得到光刻膠凸起的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，那么當(dāng)使用負(fù)性光刻膠時(shí)，得到的是光刻膠凹陷的圓盤(pán)結(jié)構(gòu)，然后可以通過(guò)金屬沉積與剝離技術(shù)，從而獲得金屬圓盤(pán)掩膜圖形3。
[0043]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述制備自支撐圓柱體單元的示意圖。參考圖3，功能塊材2上平面掩膜圖形3的刻蝕轉(zhuǎn)移，在襯底上形成自支撐圓柱體單元4。以加工好的圖形為掩膜圖形3，進(jìn)而采用濕法或干法腐蝕，獲得自支撐圓柱體單元4。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)獲得自支撐圓柱體單元4，其中，反應(yīng)離子刻蝕氣體以02為主，流量為30sccm，摻入少量CHF 3，流量為3sccm，氣體壓強(qiáng)10Pa，刻蝕功率為100W，以刻蝕lmin、間隔lmin的方式進(jìn)行50次循環(huán)，從而得到自支撐圓柱體單元4。
[0044]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述自支撐錐功能結(jié)構(gòu)的示意圖。參考圖5，對(duì)自支撐圓柱體單元4進(jìn)行修飾處理獲得自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5。采用聚焦離子束刻蝕以及干法或濕法腐蝕技術(shù)，優(yōu)化結(jié)構(gòu)形貌并調(diào)整尺寸，從而獲得自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5。具體地，采用200pA的鎵離子聚焦離子束刻蝕，將自支撐圓柱體單元4加工成自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5，獲得錐底直徑為3 μ m，高為5 μ m的自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5。
[0045]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述制備第一介質(zhì)層的示意圖。參考圖7，在自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5的表面制備第一電介質(zhì)層6。具體地，將前述加工過(guò)的樣品放入到原子層沉積系統(tǒng)中，進(jìn)行高K電介質(zhì)層的沉積。其中，高K電介質(zhì)層材料的生長(zhǎng)采用全包裹原子層沉積方法，可在自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5的表面均勻的生長(zhǎng)柵電絕緣層。電介質(zhì)材料可以是但不限于A1203、Zr02、Hf02中的一種或多種組合，這一層亦可對(duì)樣品其它區(qū)域起到鈍化保護(hù)作用。
[0046]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述三維環(huán)柵金屬電極的示意圖。參考圖8，三維環(huán)柵金屬電極11的制備。將樣品放入到聚焦離子束系統(tǒng)中，調(diào)整好工作參數(shù)，設(shè)計(jì)環(huán)柵金屬圖形的尺寸與位置，引入C7H17Pt氣態(tài)分子源，打開(kāi)聚焦離子束掃描，進(jìn)行離子束誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積，獲得三維環(huán)柵金屬電極11的沉積。
[0047]圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述制備第二電介質(zhì)層的示意圖。參考圖9，對(duì)樣品進(jìn)行原子層沉積，獲得第二電介質(zhì)層10的生長(zhǎng)，達(dá)到源極金屬引線72、漏極金屬引線73與柵極金屬引線71的電隔離。第二電介質(zhì)層10的材料包括一切單組分或復(fù)合組分材料，其中絕緣材料與柵極介電層可以相同或不同，但應(yīng)滿足具有良好的結(jié)合性和合理的帶隙寬度。包裹絕緣材料的方法可選擇原子層沉積或者有機(jī)金屬氣相沉積技術(shù)(M0CVD)。
[0048]圖10是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述刻蝕電極接觸孔的示意圖。參考圖10，在樣品上進(jìn)行電極接觸孔9的刻蝕制備。利用聚焦離子束在包裹有第二電介質(zhì)層10的自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5的中間高度部位刻蝕出柵電極接觸孔91，在其頂部與底部分別刻蝕處源電極接觸孔92與漏電極接觸孔93。柵電極接觸孔91的刻蝕深度要求滿足將第二電介質(zhì)層10全部移除，而源電極接觸孔92和漏電極接觸孔93則需將其上的第一電介質(zhì)層6與第二電介質(zhì)層10都移除。
[0049]圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述電極接觸塊的制備及其與電極接觸孔連接的示意圖。參考圖11，電極接觸塊8的制備及其與電極接觸孔9的連接。利用聚焦離子束誘導(dǎo)的化學(xué)氣相沉積技術(shù)，在自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5的表面沉積邊長(zhǎng)為30 μπι左右的柵電極接觸塊81、源電極接觸塊82以及漏電極接觸塊83，然后從這三個(gè)電極接觸孔往外沉積柵極金屬引線71、源極金屬引線72以及漏極金屬引線73，從而得到所需的三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件。其中，制備電極接觸塊8的材料沒(méi)有限制，包括包含有Pt、W、Au、Co或Cu等的金屬材料。
[0050]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，選用單晶金剛石作為功能塊材2用以制備錐形環(huán)柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件，其包括以下步驟:
[0051]首先選用Si襯底1作為功能薄膜層生長(zhǎng)的支撐襯底，用于襯底上的功能塊材2的制備。其中，需要對(duì)Si襯底1進(jìn)行清洗與處理，具體如下:首先依次采用丙酮、乙醇、去離子水對(duì)Si襯底1進(jìn)行超聲處理；再用氮?dú)鈱?duì)Si襯底1進(jìn)行吹干；然后在熱板上對(duì)Si襯底1保持120°C干燥20分鐘達(dá)到去水汽干燥的目的。
[0052]同時(shí)再進(jìn)行功能塊材2的選取及其表面處理。選用單晶金剛石塊材作為功能塊材2，并且對(duì)單晶金剛石作如下處理:首先將潔凈的la型(100)單晶金剛石塊材暴露在只有H2氣氛的熱燈絲化學(xué)氣相沉積(HFCVD)設(shè)備中30s，以提高單晶金剛石表面的空穴濃度，得到Η端單晶金剛石功能塊材2。
[0053]利用化學(xué)氣相沉積的方法將Η端單晶金剛石功能塊材2生長(zhǎng)在Si襯底1上。
[0054]在金剛石表面加工圓盤(pán)掩膜圖形3。參考圖2，在Η端單晶金剛石表面旋涂高分辨率HSQ正性光刻膠，轉(zhuǎn)速3000r/min，膠厚可達(dá)200nm，再利用電子束曝光技術(shù)在金剛石表面曝光加工直徑6 μπι，間距100 μπι的圓盤(pán)掩膜陣列，然后顯影得到光刻膠圖形。
[0055]自支撐圓柱體單元4的加工。將具有圓盤(pán)掩膜陣列的單晶金剛石樣品利用電感耦合等離子體反應(yīng)離子刻蝕(ICP)加工，刻蝕氣體為02，流量30sCCm，射頻功率及ICP功率分別為100W和700W，不間斷刻蝕lOmin，刻蝕出具有高深寬比的自支撐圓柱體單元4。如圖3所示，自支撐圓柱體單元4的高度大約在2-8 μ m之間。
[0056]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例所述制備金屬導(dǎo)電層的示意圖。參考圖4，在單晶金剛石表面制備金屬導(dǎo)電層。將有自支撐圓柱體單元4的樣品依次放入丙酮、乙醇、去離子水中超聲清洗各五分鐘，然后再用氮?dú)獯蹈伞⒖紙D4，利用熱蒸發(fā)手段在清洗干凈的金剛石表面沉積30nm厚的金膜12，用以吸收聚焦離子束刻蝕圓錐過(guò)程中產(chǎn)生的電荷，防止金剛石的弱導(dǎo)電性所致電荷積累影響圓錐的刻蝕效果。
[0057]參考圖5，聚焦離子束灰度掩膜刻蝕金剛石圓錐體，即為前文所述的自支撐錐功能結(jié)構(gòu)5。利用矩陣實(shí)驗(yàn)室(matlab)按照以一定步長(zhǎng)內(nèi)徑逐漸變大外徑逐漸變小的方式編寫(xiě)圓錐程序，規(guī)定相應(yīng)的刻蝕與非刻蝕區(qū)域，其中設(shè)置刻蝕與非刻蝕的灰度值分別為256或0，程序中將三維圓錐的高度等高分為240層，即程序運(yùn)行生成240張分別包含不同灰度值的24位灰度掩膜圖。將灰度掩膜圖依先后次序?qū)刖劢闺x子束系統(tǒng)組合生成一張有相互重疊的圖形陣列的位圖，在系統(tǒng)中編輯刻蝕圓錐尺寸X為10