μ m，y為10 μπι，ζ (單層的高度)為20 μ m，以30.0kv的離子加速電壓，2.5ηΑ的離子束流刻蝕加工出直徑為3 μπι，高度為5 μπι的圓錐體，參考圖5，灰度掩膜刻蝕有效地提高了刻蝕速率和質(zhì)量，減少了金剛石表面的分層化。
[0058]去除圓錐體表面的非晶層。上述聚焦離子束刻蝕圓錐體的過程會在圓錐表面引入厚度約為幾十納米的非晶層，此處采用反應離子刻蝕方法去除非晶層，所用刻蝕氣體以02為主，流量為30sccm，摻入少量CHF3，流量為3sccm，氣體壓強lOPa，刻蝕功率為100W，以刻蝕lmin、間隔lmin的方式進行20次循環(huán)，得到?jīng)]有非晶層覆蓋的圓錐體。
[0059]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個實施例所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)的示意圖。參考圖6，去除圓錐體表面的金屬導電層。將刻蝕有金剛石圓錐體的樣品置于金的腐蝕溶液中30s，去除金剛石圓錐體表面覆蓋的30nm金膜12，再次清洗得到成品金剛石圓錐體。
[0060]如圖7所示，采用原子層沉積將成品金剛石圓錐體在150°C下包裹15nm厚的第一電介質(zhì)層6，第一電介質(zhì)層6采用A1203材料。
[0061]參考圖8，將表面包裹有第一電介質(zhì)層6的金剛石圓錐體利用聚焦離子束在樣品臺傾斜角為0°，離子束流為80PA，放大倍數(shù)2500X的條件下，首先在其中部沉積長為1 μ m，寬為50nm，厚度為lOOnm的方形Pt條，然后旋轉(zhuǎn)樣品臺30°，再繼續(xù)連接前一處pt沉積相同尺寸的Pt條，以此方式使Pt條的連接處保持一定的連續(xù)性從而完成三維環(huán)柵金屬電極11的沉積。
[0062]如圖9所示，對具有三維環(huán)柵金屬電極11的金剛石圓錐體進行第二電介質(zhì)層的沉積，仍采用A1203材料。其中，反應的溫度應控制在150°C，沉積厚度5nm，使三維環(huán)柵金屬電極11得到一層電介質(zhì)包裹層。
[0063]參考圖10，利用聚焦離子束刻蝕電極接觸孔9。利用聚焦離子束對具有電介質(zhì)包裹層的金剛石圓錐體以離子束流80pA，加速電壓30.0kV的條件在三維環(huán)柵金屬電極11刻蝕出柵電極接觸孔91，其尺寸直徑為30nm，厚度為5nm，然后旋轉(zhuǎn)樣品臺120°，在圓錐尖端下50nm處刻蝕出直徑為30nm，厚度為20nm的源電極接觸孔92，再旋轉(zhuǎn)樣品臺120°，在圓錐底部50nm處刻蝕出直徑為30nm，厚度為20nm的漏電極接觸孔93。
[0064]參考圖11，制備電極接觸塊8及其與電極接觸孔9的連接。如圖11所示，利用聚焦離子束輔助沉積Pt電極，分別從源電極接觸孔92、柵電極接觸孔91、漏電極接觸孔93開始沿著圓錐體的側(cè)壁從上往下沉積出源極金屬引線72、柵極金屬引線71、漏極金屬引線73，其中，源極金屬引線72、柵極金屬引線71、漏極金屬引線73的寬度均為20nm，厚度均為lOOnm，長度分別為3.5 μπι、1.7 μηι、50 μπι。而在源極金屬引線72、柵極金屬引線71、漏極金屬引線73的另一端分別沉積三個pt正方形的電極接觸塊8，其中，三個pt正方形的電極接觸塊8的邊長均約為30 μ m，厚度均為200nm。至此就完成了三維環(huán)柵圓錐金剛石半導體場效應晶體管器件的加工。
[0065]另外，需要說明的是，本發(fā)明的制備方法不限于金剛石錐環(huán)柵場效應晶體管的構(gòu)建，還可以將自支撐功能結(jié)構(gòu)加工為金字塔形，正方體，長方體等。而且功能材料體系不限于塊材結(jié)構(gòu)，還可以是多層材料三明治結(jié)構(gòu)等。
[0066]至此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應認識到，雖然本文已詳盡示出和描述了本發(fā)明的多個示例性實施例，但是，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的情況下，仍可根據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容直接確定或推導出符合本發(fā)明原理的許多其他變型或修改。因此，本發(fā)明的范圍應被理解和認定為覆蓋了所有這些其他變型或修改。
【主權(quán)項】
1.一種制備三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導體場效應晶體管器件的方法，通過以自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)為載體，利用微納加工技術(shù)以制備三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導體場效應晶體管器件，具體步驟如下: 步驟1、在所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)表面制備第一電介質(zhì)層； 步驟2、在前述樣品上制備三維環(huán)柵金屬電極； 步驟3、在前述樣品上制備第二電介質(zhì)層以達到源漏極金屬引線與柵極的電隔離； 步驟4、在前述樣品上刻蝕制備電極接觸孔； 步驟5、電極接觸塊的制備及其與所述電極接觸塊孔的連接以獲得所述三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導體場效應晶體管器件。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)由自支撐微納尺度結(jié)構(gòu)模型修飾處理獲得； 可選地，對所述自支撐微納尺度結(jié)構(gòu)模型的修飾處理具體包括: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，從而獲得所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述自支撐微納尺度結(jié)構(gòu)模型通過在掩膜上采用濕法或干法腐蝕獲得。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述掩膜通過在功能塊材上采用光刻方法加工預定光刻膠圖形陣列而獲得的； 可選地，所述光刻方法包括電子束光刻方法或光學光刻方法。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述掩膜通過如下方法獲得:首先在功能塊材表面蒸發(fā)導電金屬層或敷涂其他導電聚合物，再通過金屬蒸發(fā)、溶膠剝離或以金屬圖形作為掩膜。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，其中，所述功能塊材通過化學氣相沉積方法生長在支撐襯底上。7.根據(jù)權(quán)利要求4-6中任一項所述的方法，其中，所述功能塊材包括半導體材料、金屬材料以及電絕緣材料。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中，所述支撐襯底在使用前需要進行清洗與處理，具體包括: 首先依次采用丙酮、乙醇、去離子水對所述支撐襯底進行超聲處理；再用氮氣吹干；然后在烘箱或熱板上進行去水汽干燥處理。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項所述的方法，其中，所述第一電介質(zhì)層采用原子層沉積技術(shù)實現(xiàn)所述第一電介質(zhì)層在所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)表面的包裹生長； 可選地，所述第一電介質(zhì)層采用高K材料； 進一步，所述高κ材料為A1203、Zr02、11?)2中的一種或多種組合。10.根據(jù)權(quán)利要求1-9中任一項所述的方法，其中，所述三維環(huán)柵金屬電極是采用聚焦離子束化學氣相沉積技術(shù)制備而成的。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種制備三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導體場效應晶體管器件的方法，通過以自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)為載體，利用微納加工技術(shù)以制備三維環(huán)柵結(jié)構(gòu)半導體場效應晶體管器件，具體步驟如下：在所述自支撐三維微納米功能結(jié)構(gòu)表面制備第一電介質(zhì)層；在前述樣品上制備三維環(huán)柵金屬電極；在前述樣品上制備第二電介質(zhì)層以達到源漏極金屬引線與柵極的電隔離；在前述樣品上刻蝕制備電極接觸孔；電極接觸塊的制備及其與所述電極接觸塊孔的連接。本發(fā)明的方法所制備的晶體管器件具有有效的柵控特性，能各向同性調(diào)控源極與漏極之間的場效應，抑制邊角效應，在微納米級別提供較長且寬的溝道，更小的漏端寄生電容，減少漏端的電場擴散，有利于提高晶體管器件的性能。
【IPC分類】H01L29/423, H01L21/336
【公開號】CN105304501
【申請?zhí)枴緾N201510708503
【發(fā)明人】顧長志, 郝婷婷, 李無瑕, 李俊杰
【申請人】中國科學院物理研究所
【公開日】2016年2月3日
【申請日】2015年10月27日