一种半导体装置及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体装置及其制造方法。
【背景技术】
[0002]真空管(英文:Vacuum Tube)是一种电子元件，在电路中控制电子的流动。参与工作的电极被封装在一个真空的容器内(管壁大多为玻璃)，以有利于电子的流动，也可有效降低灯丝的氧化损耗。通常真空管拥有三个最基本的电极:第一个是阴极，其作用是释放出电子流，在通电情况下，电子会被激发而出，散布在真空容器里；第二个是阳极，其作用是吸引从阴极散发出来的电子；第三个为栅极，固定在阴极与阳极之间，电子流必须通过栅极而到达阳极，在栅极之间通电压，可以控制电子的流量，具有流通与阻挡的功能。
[0003]随着半导体技术的发展普及和平民化，真空管因成本高、不耐用、体积大、效能低等原因，逐渐被半导体取代。但是在音响、微波炉及人造卫星的高频发射机仍然需要真空管。部分战斗机为防止核爆造成的电磁脉冲损坏，机上的电子设备亦采用真空管。为了满足现代的器件逐渐微型化的需求，采用半导体技术制备出了微型的半导体真空管设备，即真空场效应晶体管。
[0004]专利99804294.3公布了一种平面型/纵向型真空场效应晶体管(VFT)结构，采用类似MOSFET平面或纵向型结构，以提高集成度，并可以在较低的工作电压下高速运行。该平面型VFT包括由导体制成的源极和漏极，它们分开一段预定的距离而保持于一个薄的沟道绝缘体上，其间有真空沟道；由导体制成的栅极，它有一定宽度，形成于所述源极和漏极的下面，所述沟道绝缘体的作用在于使栅极与源极和漏极绝缘；绝缘主体，用作支撑沟道绝缘体和栅极的基片。纵向型真空场效应晶体管，包括:导电的连续圆形源极，它具有空着的中心，形成于沟道绝缘体上；形成于所述沟道绝缘体下面并延伸跨过所述源极的导电的栅极；绝缘主体，用作支撑所述栅极和沟道绝缘体的基片；安装在所述源极上方的绝缘壁，形成闭合的真空沟道；形成于所述真空沟道上方的漏极。两种类型中都将适当的偏压加在栅极、源极和漏极之间，使电子能够从源极经所述真空沟道被场致发射到漏极。
[0005]然而真空场效应晶体管的栅极由于采用栅极在一边控制的结构，栅极在中空沟道中的电场分布不对称，其不能充分实现对电子输运的控制，使得真空场效应晶体管的打开和关断不能及时有效的得到控制，或者为了达到有效控制需要加大电压而使得耗能较高，这种受限的栅极控制能力是目前器件制备发展中一个需要进一步解决的问题。
【发明内容】
[0006]本发明的发明人发现上述现有技术中存在问题，并因此针对所述问题中的至少一个问题提出了一种新的技术方案。
[0007]本发明的一个目的是提供一种半导体装置，包括:
[0008]半导体衬底；
[0009]位于所述半导体衬底上的绝缘体层；
[0010]位于所述绝缘体层上的栅极；
[0011]被所述栅极全包围的中空沟道；
[0012]位于所述中空沟道与所述栅极之间的栅极电介质绝缘体；
[0013]分别位于所述栅极的两端的源极和漏极；以及
[0014]位于所述栅极与源极之间的第一绝缘体和位于所述栅极与漏极之间的第二绝缘体。
[0015]优选地，所述半导体装置还包括:位于所述第一绝缘体与所述源极之间的第一侧墙；以及位于所述第二绝缘体与所述漏极之间的第二侧墙。
[0016]优选地，所述第一侧墙和第二侧墙为低功函数材料。
[0017]优选地，所述第一侧墙或/和第二侧墙面向所述中空沟道的一端为弧形。
[0018]优选地,所述中空沟道内充有惰性气体或者为真空。
[0019]优选地，所述中空沟道为圆柱体形、椭圆柱体形、圆台形、椭圆台形、或圆锥形。
[0020]优选地，所述栅极电介质绝缘体的厚度为I?10nm。
[0021]优选地，所述源极、所述漏极或所述栅极材料是下列至少之一:Cr，W，Co, Pd，Cu,Al, Ti, TiN, Ta, TaN, Au (金)，Ag (银)，Pt (钼)。
[0022]优选地，所述低功函数材料是下列至少之一:Zr (锆)，V (钒)，Nb (铌)，Ta (钽)，Cr (铬)，Mo (钥)，W (钨)，Fe (铁)，Co (钴)，Pd (钯)，Cu (铜)，Al (铝)，Ga (镓)，In (铟)，Ti (钛)，TiN (氮化钛)，TaN (氮化钽)，金刚石。
[0023]本发明的另一个目的是提供一种制造半导体装置的方法，包括:
[0024]提供衬底结构，所述衬底结构包括半导体衬底以及形成在所述半导体衬底上的绝缘体层；
[0025]在沉积在所述绝缘体层上的牺牲层上形成纳米线；
[0026]形成包围所述纳米线的栅极电介质绝缘体；
[0027]在所述栅极电介质绝缘体周围形成全包围栅极；
[0028]去除所述栅极包围的牺牲层材料以形成由所述栅极全包围的中空沟道；
[0029]在所述栅极上形成绝缘物作为栅极与源极之间的第一绝缘体以及栅极与漏极之间的第二绝缘体；
[0030]在所述栅极的两端形成源极和漏极。
[0031]优选地，去除所述栅极包围的牺牲层材料以形成由所述栅极全包围的中空沟道的步骤，包括:先去除所述栅极两边的栅极电介质绝缘体和牺牲层材料，再去除所述栅极包围的牺牲层材料以形成由所述栅极全包围的中空沟道。
[0032]优选地，在所述栅极的两端形成源极和漏极之前还包括:在所述第一绝缘体与所述源极之间形成第一侧墙，以及在所述第二绝缘体与所述漏极之间形成第二侧墙。
[0033]优选地，所述第一侧墙和第二侧墙为低功函数材料。
[0034]优选地，所述第一侧墙和第二侧墙面向所述中空沟道的一端为弧形。
[0035]优选地，所述制造半导体装置的方法还包括:在4或队的气氛中进行高温退火，使所述第一侧墙和第二侧墙面向所述中空沟道的一端为弧形。
[0036]优选地，所述高温为600?1300°C。
[0037]优选地,所述中空沟道内充有惰性气体或者为真空。
[0038]优选地，所述中空沟道为圆柱体形、椭圆柱体形、圆台形、椭圆台形、或圆锥形。
[0039]优选地，在所述牺牲层上形成纳米线的步骤包括:
[0040]所述牺牲层以及与所述牺牲层相邻的绝缘体层的一部分被图案化刻蚀成鳍片式结构；
[0041]刻蚀掉所述鳍片式结构的所述绝缘体层中一部分，保留所述鳍片式结构的牺牲层以形成长方体形纳米线桥梁臂；
[0042]对长方体形纳米线桥梁臂进行退火处理后形成圆柱体形纳米线。
[0043]优选地，所述制造半导体装置的方法还包括:在He, N2, Ar或H2的环境中进行退火处理。
[0044]优选地，所用的刻蚀溶液包括BOE (氧化层刻蚀缓冲液)或DHF (稀氢氟酸溶液)。
[0045]优选地，所述栅极电介质绝缘体的厚度为I?10nm。
[0046]优选地,所述牺牲层材料是下列至少之一:A1, poly (多晶娃)，Cr, Mo, W, Fe, Co,Cu, Ga, In, Ti。
[0047]优选地,所述源极、所述漏极或所述栅极材料是下列至少之一:Cr, W, Co, Pd, Cu,Al, Ti, TiN, Ta, TaN, Au, Ag, Pt。
[0048]优选地,所述低功函数材料是下列至少之一:Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Fe, Co, Pd,Cu, Al, Ga, In, Ti, TiN, TaN，金刚石。
[0049]本发明的优点在于，由于采用了全包围栅极中空沟道设计，提高了栅极控制能力，使得能够及时有效地控制真空场效应晶体管的打开和关断，降低了耗能。
[0050]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0051]构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
[0052]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中:
[0053]图1A、图1B分别是示出根据本发明的一个实施例的半导体装置的沿中空沟道和垂直于中空沟道的横截面示意图。
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