专利名称：一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法
技术领域：
本发明涉及化合物半导体材料、器件技术领域，尤其涉及一种制作背栅氧化锌纳
米线场效应晶体管的方法。
背景技术：
氧化锌(Zn0)是一种II-VI族直接带隙的新型多功能化合物半导体材料，被称为 第三代宽禁带半导体材料。Zn0晶体为纤锌矿结构，禁带宽度约为3. 37eV，激子束缚能约为 60meV。Zn0具备半导体、光电、压电、热电、气敏和透明导电等特性，在传感、声、光、电等诸多 领域有着广阔的潜在应用价值。 近年来，对ZnO材料和器件的研究受到广泛关注。研究范围涵盖了 ZnO体单晶、薄 膜、量子线、量子点等材料的生长和特性以及ZnO传感器、透明电极、压敏电阻、太阳能电池 窗口、表面声波器件、探测器及发光二极管(Light-emitting Diodes,LED)等器件的制备和 研究方面。目前，已形成多种方法用于ZnO材料的生长，并且研制出若干种类的ZnO器件及 传感器，但是P型ZnO材料的生长，ZnO纳米器件的制备及应用等问题依然需要深入和系统 的研究。 ZnO是目前拥有纳米结构和特性最为丰富的材料，已实现的纳米结构包括纳米线、 纳米带、纳米环、纳米梳、纳米管等等。其中，一维纳米线由于材料的细微化，比表面积增加， 具有常规体材料所不具备的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应，晶体 质量更好，载流子的运输性能更为优越。 一维纳米线不仅可以实现基本的纳米尺度元器件 (如激光器、传感器、场效应晶体管、发光二极管、逻辑线路、自旋电子器件以及量子计算机 等)，而且还能用来连接各种纳米器件，可望在单一纳米线上实现具有复杂功能的电子、光 子及自旋信息处理器件。 ZnO纳米线场效应晶体管(Nanowire Field-Effect Transistor,丽FET)已成 为国际研究的热点之一。ZnO—维纳米线作为沟道，与栅氧和栅金属可以形成金属-氧 化物_半导体场效应晶体管(Metal_Oxide_SemiconductorField_Effect Transistor, MOSFET)。由于ZnO纳米线的电学性能随周围气氛中组成气体的改变而变化，比如未掺杂的 ZnO对还原性、氧化性气体具有优越的敏感性，因此能够对相应气体进行检测和定量测试。 这使得ZnO —维纳米线场效应晶体管可以用于气体、湿度和化学传感器、光电和紫外探测 器、存储器(Memory)等应用领域。尤其是能够对有毒气体(如C0、NH3等)进行探测，通过 场效应晶体管的跨导变化，即可检测出气体的组成及浓度。与常规Sn02气体传感器相比， 基于ZnO纳米线场效应晶体管的气体传感器具有尺寸小，成本低，可重复利用等优点。
综上所述，ZnO纳米线场效应晶体管的研制在纳米电子学和新型纳米传感器方面 具有重要的研究和应用价值，将会对国民经济的发展起到重要的推动作用。
"由下至上"的纳米器件制备技术不同于常规的"由上至下"的半导体器件制备技 术。在"由下至上"的ZnO纳米线场效应晶体管器件的制备过程中，有很多关键工艺需要摸 索和尝试。而且，背栅ZnO纳米线场效应晶体管将栅电极制作在衬底的背部，有利于提高正面Zn0纳米线探测气体的敏感性。所以，背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作是一个非常 值得研究的技术课题。
发明内容
( — )要解决的技术问题 在"由下至上"的背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作过程中，由于ZnO纳米线的 直径为百纳米量级，且需要从其生长衬底表面转移到器件制备衬底P型Si ( S卩P+_Si)表面， ZnO纳米线的转移、淀积、定位等工艺对于背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作是必不可少 的，对于后续的器件制备工艺有着重要的作用。此外，栅氧介质、背栅电极和源漏电极的制 作也是ZnO纳米线场效应晶体管的关键的工艺环节之一。 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管 的方法，以实现背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的制作。
(二)技术方案 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下 —种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，该方法包括 选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质； 在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极； 在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记； 将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面；
定位氧化锌纳米线； 制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。 上述方案中，所述选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质的步骤，具体包括选择 P型Si作为衬底，采用PECVD方法在P型Si衬底的正面沉积生长Si(^，形成背栅氧化锌纳 米线场效应晶体管的栅氧介质。 上述方案中，所述在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极的步骤，具体包括在衬 底的背面蒸发金属，完成背栅电极的制作。
上述方案中，所述在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记的步骤，具体包括
在衬底正面沉积的栅氧介质上依次进行光刻定位标记图形、蒸发金属、金属剥离，形成规则
的周期性排列十字型定位标记，为后续的纳米线定位工艺提供十字型定位标记。 上述方案中，所述将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正
面的步骤，具体包括将氧化锌纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采用超声降解技术，使氧
化锌纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；然后将含有氧化锌纳米线的异丙酮
溶液滴于已完成定位标记制作的衬底的正面，完成氧化锌纳米线的转移和淀积。 上述方案中，所述定位氧化锌纳米线的步骤，具体包括在高倍显微镜下，观察氧
化锌纳米线，利用制作的十字型定位标记，实现氧化锌纳米线的定位，为后续光刻工艺提供
氧化锌纳米线的准确位置。 上述方案中，所述制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的步骤，具 体包括在衬底的正面依次进行光刻源漏电极图形、蒸发金属和金属剥离，并将氧化锌纳米 线与源漏电极相连，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。
(三)有益效果 本发明提供了一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，包括PECVD生长 栅氧介质Si(^、背栅电极的制作、定位标记的制作(光刻定位标记图形、蒸发金属、金属剥 离)、纳米线的转移和淀积、纳米线的定位、源漏电极的制作(光刻源漏电极图形、蒸发金 属、金属剥离)。本发明利用ZnO纳米线材料，经过上述工艺流程，达到了制作背栅Zn0纳米 线场效应晶体管的目的。
图1是本发明提供的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法流程图； 图2是依照本发明实施例提供的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的工艺流
程图； 图3是依照本发明实施例制作的背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的结构示意图。
具体实施例方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照 附图，对本发明进一步详细说明。 如图1所示，图1是本发明提供的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法流 程图，该方法包括 步骤101 :选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质； 在本步骤中，是选择P型Si作为衬底，采用PECVD方法在P型Si衬底的正面沉积 生长Si02，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的栅氧介质。
步骤102 :在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极；
步骤103 :在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记； 在本步骤中，是在衬底正面沉积的栅氧介质上依次进行光刻定位标记图形、蒸发 金属、金属剥离，形成规则的周期性排列十字型定位标记，为后续的纳米线定位工艺提供十 字型定位标记。
步骤104 :将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面；
在本步骤中，是将氧化锌纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采用超声降解技术，使 氧化锌纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；然后将含有氧化锌纳米线的异丙 酮溶液滴于已完成定位标记制作的衬底的正面，完成氧化锌纳米线的转移和淀积。
步骤105 :定位氧化锌纳米线； 在本步骤中，是在高倍显微镜下，观察氧化锌纳米线，利用制作的十字型定位标
记，实现氧化锌纳米线的定位，为后续光刻工艺提供氧化锌纳米线的准确位置。
步骤106 :制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管； 在本步骤中，是在衬底的正面依次进行光刻源漏电极图形、蒸发金属和金属剥离，
并将氧化锌纳米线与源漏电极相连，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。
图2示出了依照本发明实施例提供的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的工
艺流程图，该方法包括 1、该步工艺为利用PECVD，在P型Si器件衬底的正面生长Si02，完成背栅ZnO纳米线场效应晶体管的栅氧介质的制作。 2、该步工艺为背栅电极的制作，在P型Si衬底背面蒸发金属，完成背栅电极的制 作。 3、该步工艺为定位标记的制作，在P型Si器件衬底的正面依次进行光刻定位标记 图形、蒸发金属、金属剥离，形成规则的周期性排列十字型标记，为后续的纳米线定位工艺 提供十字型定位标记。 4、该步工艺为纳米线的转移和淀积，将ZnO纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采 用超声降解技术，使纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；并将含有ZnO纳米线 的异丙酮溶液滴于器件制备衬底P型Si的正面，完成ZnO纳米线的转移和淀积。
5、该步工艺为纳米线的定位，在高倍显微镜下，观察ZnO纳米线，利用十字型标 记，为后续光刻工艺提供ZnO纳米线的准确位置。 6、该步工艺为源漏电极的制作，依次进行光刻源漏电极图形，蒸发金属、金属剥
离，ZnO纳米线与源漏电极相连，完成ZnO纳米线场效应晶体管的源漏电极制作。 图3示出了依照本发明实施例制作的背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的结构示意图。 以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详 细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡 在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。
权利要求
一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，该方法包括选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质；在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极；在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记；将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面；定位氧化锌纳米线；制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。
2. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质的步骤，具体包括选择P型Si作为衬底，采用PECVD方法在P型Si衬底的正面沉积生长Si02，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的栅氧介质。
3. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述的在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极的步骤，具体包括在衬底的背面蒸发金属，完成背栅电极的制作。
4. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记的步骤，具体包括在衬底正面沉积的栅氧介质上依次进行光刻定位标记图形、蒸发金属、金属剥离，形成规则的周期性排列十字型定位标记，为后续的纳米线定位工艺提供十字型定位标记。
5. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面的步骤，具体包括将氧化锌纳米线材料浸泡于异丙酮溶液中，采用超声降解技术，使氧化锌纳米线从生长衬底表面脱落，悬浮于异丙酮溶液；然后将含有氧化锌纳米线的异丙酮溶液滴于已完成定位标记制作的衬底的正面，完成氧化锌纳米线的转移和淀积。
6. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述定位氧化锌纳米线的步骤，具体包括在高倍显微镜下，观察氧化锌纳米线，利用制作的十字型定位标记，实现氧化锌纳米线的定位，为后续光刻工艺提供氧化锌纳米线的准确位置。
7. 根据权利要求1所述的制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，其特征在于，所述制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的步骤，具体包括在衬底的正面依次进行光刻源漏电极图形、蒸发金属和金属剥离，并将氧化锌纳米线与源漏电极相连，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。
全文摘要
本发明公开了一种制作背栅氧化锌纳米线场效应晶体管的方法，包括选择衬底，在衬底的正面沉积栅氧介质；在衬底的背面蒸发金属，形成背栅电极；在衬底正面沉积的栅氧介质上制作定位标记；将氧化锌纳米线转移和淀积至已完成定位标记制作的衬底的正面；定位氧化锌纳米线；制作源漏电极，形成背栅氧化锌纳米线场效应晶体管。本发明利用ZnO纳米线材料，经过上述工艺流程，实现了背栅ZnO纳米线场效应晶体管的制作。
文档编号H01L21/336GK101728272SQ20081022490
公开日2010年6月9日 申请日期2008年10月24日 优先权日2008年10月24日
发明者付晓君, 张海英, 徐静波, 黎明 申请人:中国科学院微电子研究所