nm，保证在纳米线阵列13包裹栅极介质层80后，其下方有足够的空间填充栅极金属层91。
[0038]步骤6:腐蚀去除纳米线保护层30和金催化剂颗粒20，仅在第二介质层62上表面保留纳米线阵列13。
[0039]步骤7:在第二介质层62和纳米线阵列13的上表面，依次制备第一掩模层71和第二掩模层72，并通过倒梯形的第一掩模层71和第二掩模层72湿法腐蚀第二介质层62形成栅极窗口 64 ；
[0040]在本步骤中，第一掩模层71和第二掩模层72均采用正性光刻胶，总厚度为100-200nm，且第一掩膜层71所需曝光剂量小于第二掩膜层72，保证曝光显影后形成倒梯形窗口 ；所述腐蚀时选取的腐蚀液对第二介质层62下的第一介质层61无影响，仅腐蚀第二介质层62，第二介质层62被腐蚀后在倒梯形窗口下方形成栅极窗口 64。
[0041]步骤8:采用原子层沉积(ALD)方法依次淀积栅极介质材料和栅极金属材料，栅极金属材料包裹在栅极介质材料的外层，采用lift-off剥离后仅保留包裹纳米线阵列13表面的部分，形成栅极介质层80和栅极金属层91，实现围栅结构；其中栅极介质层80采用的材料为 Al2O3、氮氧化物、HfO2, Si3N4, ZrO2, Ta205、BST 或 PZT，厚度为 2-lOnm。
[0042]步骤9:采用步骤7中所述的双层光刻胶技术，在纳米线阵列13两端区域曝光，显影后湿法腐蚀曝光窗口下方的第二介质层62，选取的腐蚀液对第二介质层62下的第一介质层61无影响；之后淀积金属薄膜，lift-off剥离后仅保留曝光窗口下方包裹纳米线阵列13两端的部分，形成源极金属层92和漏极金属层93 ;源极金属层92和漏极金属层93采用ALD方法制备。
[0043]步骤10:在步骤9得到的结构之上形成一第三介质层63，并在第三介质层63的上表面旋涂光刻胶，曝光并刻蚀，暴露出源极金属层92、漏极金属层93以及栅极金属层91上方的接触孔；金属薄膜淀积后通过lift-off剥离形成源极的测试电极94、栅极的测试电极95和漏极的测试电极96，完成器件的制备。其中，第三介质层63可以是二氧化硅和氮化硅中的一种，起到钝化作用，优选采用ALD方法制备。
[0044]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。
【主权项】
1.一种围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，包括: 步骤1:在衬底(11)上表面外延生长一层牺牲材料层(12)，在牺牲材料层(12)上制备一层金催化剂颗粒(20); 步骤2:在牺牲材料层(12)上表面，在金催化剂颗粒(20)的作用下外延生长一层横向的纳米线阵列(13); 步骤3:湿法腐蚀去除牺牲材料层(12)，释放纳米线阵列(13)至衬底(11)的上表面； 步骤4:在衬底(11)及纳米线阵列(13)的上表面制备一层纳米线保护层(30)，并于纳米线保护层(30)之上依次覆盖热剥离胶带(40)和固定面板(41); 步骤5:选取一硅衬底(50)，在该硅衬底(50)上依次淀积第一介质材料层￠1)和第二介质层(62)，并利用热剥离胶带(40)和固定面板(41)将纳米线保护层(30)、纳米线阵列(13)以及金催化剂颗粒(20)从衬底(11)上表面剥离下来，然后将纳米线保护层(30)、纳米线阵列(13)以及金催化剂颗粒(20)通过粘附再释放的方式转移至第二介质层￠2)的上表面； 步骤6:腐蚀去除纳米线保护层(30)和金催化剂颗粒(20)，仅在第二介质层(62)上表面保留纳米线阵列(13); 步骤7:在第二介质层(62)和纳米线阵列(13)的上表面，依次制备第一掩模层(71)和第二掩模层(72)，并通过倒梯形的第一掩模层(71)和第二掩模层(72)湿法腐蚀第二介质层(62)形成栅极窗口 (64)； 步骤8:依次淀积栅极介质材料和栅极金属材料，栅极金属材料包裹在栅极介质材料的外层，采用lift-off剥离后仅保留包裹纳米线阵列(13)表面的部分，形成栅极介质层(80)和栅极金属层(91)，实现围栅结构； 步骤9:采用双层光刻胶技术在纳米线阵列(13)两端区域曝光，显影后湿法腐蚀曝光窗口下方的第二介质层(62)，选取的腐蚀液对第二介质层(62)下的第一介质层(61)无影响；之后淀积金属薄膜，lift-off剥离后仅保留曝光窗口下方包裹纳米线阵列(13)两端的部分，形成源极金属层(92)和漏极金属层(93); 步骤10:在得到的结构之上形成一第三介质层(63)，并在第三介质层￠3)的上表面旋涂光刻胶，曝光并刻蚀，暴露出源极金属层(92)、漏极金属层(93)以及栅极金属层(91)上方的接触孔；金属薄膜淀积后通过lift-off剥离形成源极的测试电极(94)、栅极的测试电极(95)和漏极的测试电极(96)，完成器件的制备。2.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于， 步骤I中所述衬底(11)为(110)晶面的砷化镓或者砷化铟，所述牺牲材料层(12)是化合物Al1 xGaxAs或者Al1 xInxAs, x值范围是0.4-0.6，厚度为20_50nm ； 步骤I中所述在牺牲材料层(12)上制备一层金催化剂颗粒(20)，是通过溅射法、蒸发法、化学气相淀积、等离子体辅助淀积法、金属有机物热分解法或激光辅助淀积法中的一种或几种制备的，金催化剂颗粒(20)直径为10-50nm。3.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤2中所述在金催化剂颗粒(20)的作用下外延生长一层横向的纳米线阵列(13)，是采用MOCVD的方法生长的，长度为0.5-2 μπι，气源中包含有掺杂元素的成分，使纳米线阵列(13)的掺杂浓度达到118Cm 3量级。4.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤4中所述纳米线保护层(30)是金属镍、铝、钛、金、铝或铬，厚度为80-150nm。5.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤5中所述将纳米线保护层(30)、纳米线阵列(13)以及金催化剂颗粒(20)通过粘附再释放的方式转移至第二介质层(62)的上表面，释放过程是通过加热的方式降低热剥离胶带(40)的粘附性，使热剥离胶带(40)脱离纳米线保护层(30)的上表面。6.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤5中所述第一介质层(61)选用氮化娃，所述第二介质层(62)选用二氧化娃，厚度为30-100nm，保证在纳米线阵列(13)包裹栅极介质层(80)后，其下方有足够的空间填充栅极金属层(91)。7.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤7中所述第一掩模层(71)和第二掩模层(72)均采用正性光刻胶，总厚度为100-200nm，且第一掩膜层(71)所需曝光剂量小于第二掩膜层(72)，保证曝光显影后形成倒梯形窗口 ；所述腐蚀时选取的腐蚀液对第二介质层(62)下的第一介质层(61)无影响，仅腐蚀第二介质层(62)，第二介质层(62)被腐蚀后在倒梯形窗口下方形成栅极窗口(64)。8.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤8中所述依次淀积栅极介质材料和栅极金属材料采用原子层沉积方法制备，其中栅极介质层(80)采用的材料为 Al2O3、氮氧化物、HfO2, Si3N4, ZrO2, Ta205、BST 或 PZT，厚度为 2-lOnm。9.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤9中所述源极金属层(92)和漏极金属层(93)采用ALD方法制备。10.根据权利要求所述的围栅无结纳米线晶体管的制备方法，其特征在于，步骤10中所述第三介质层￠3)是二氧化硅或氮化硅，起到钝化作用，采用ALD方法制备。
【专利摘要】本发明涉及晶体管的制备方法，特别涉及一种围栅无结纳米线晶体管的制备方法。采用MOCVD在III-V族材料上外延生长掺杂的纳米线阵列，并通过热剥离胶带和固定面板将纳米线转移，在硅基衬底上制备围栅结构的无结纳米线晶体管。本发明提供的这种围栅无结纳米线晶体管的制备方法，可以实现III-V族材料纳米线与平面硅工艺的兼容，同时有效抑制迁移率退化，提升晶体管的电流驱动能力。
【IPC分类】H01L29/423, H01L29/66, H01L21/683, H01L29/06, B82Y40/00
【公开号】CN105185823
【申请号】CN201510490086
【发明人】马刘红, 韩伟华, 付英春, 洪文婷, 吕奇峰, 杨富华
【申请人】中国科学院半导体研究所
【公开日】2015年12月23日
【申请日】2015年8月11日