基于金属纳米点沟道的晶体管的制造方法及制得产品的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的方法，及通过该方法制造的产品。
【背景技术】
[0002]随着半导体制造技术的迅速发展，晶体管的特征尺寸已进入纳米级。由于半导体业从0.18微米制程转入0.13微米制程，花费了三至四年时间，这已经证明通过等比例缩小的方法提高当前主流半导体器件的性能受到越来越多物理、工艺的限制。为了使集成电路技术能延续摩尔定律所揭示的发展速度，必须开发利用新材料、新结构且具有新性质的晶体管。
[0003]目前，已经开发出多栅极场效应晶体管(MuGFET)，其中沟道在多个表面上被几个栅极包围，从而能够更好地抑制漏电流，且能够增强导通状态的驱动电流。
[0004]鳍式场效应晶体管(FinFET)是一种多栅极场效应晶体管。图1是现有的一种鳍式场效应晶体管的立体示意图。如图1所示，鳍式场效应晶体管包括衬底101、在衬底101上的鳍102、横跨鳍102上的栅极结构103、漏极结构104和源极结构105。
[0005]鳍式场效应晶体管源自于目前传统标准的场效晶体管的一项创新设计。在鳍式场效应晶体管的架构中，栅极结构成类似鱼鳍的叉状3D架构，可于电路的两侧控制电路的接通与断开。这种设计可以大幅改善电路控制并减少漏电流(leakage)，也可以大幅缩短晶体管的栅极长度。然而，按照目前的半导体工艺来控制Fin FET的尺寸，并不断缩小该尺寸的难度很大。另一方面，由于诸如硅之类的半导体元素的固有性质，半导体元件的漏电流是不可避免的，这使得电子设备中的大量能量以热能的形式被浪费掉。因此，需要一种能够制造避免漏电流的鳍式场效应晶体管并且能够不断降低这种晶体管的特征尺寸的方法。
[0006]现有技术对于量子隧道效应的研究进展已经可以将直径为3纳米宽的金量子点(QD)置于氮化硼纳米管顶端，形成量子点一氮化硼纳米管(QD-BNNT)。氮化硼纳米管是绝缘体并且能对其上的量子点大小进行限制。当在量子点一氮化硼纳米管的两端施加足够电压时，电子从一个金量子点跳跃到另一个金量子点，使其处于导通状态，称为量子隧道效应。当电压低或无电压时，量子点一氮化硼纳米管恢复绝缘体状态，没有来自金量子点的电子逃进绝缘的氮化硼纳米管内。
[0007]然而，目前业界尚未提出根据量子隧道效应制造具有金属纳米点的鳍式场效应晶体管的方法。
【发明内容】
[0008]本发明提供了一种基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的制造方法，及通过该方法制造的产品。通过这种方法能够制造具有金属纳米点的沟道，利用金属纳米点之间的量子隧道效应产生电子运动，而无需采用传统晶体管的基于半导体的耗尽层结构。因此，本发明获得了不使用半导体的晶体管。
[0009]根据本发明的一个方面，提供一种形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的方法，包括:形成部分嵌入衬底的鳍状结构；在所述鳍状结构表面形成绝缘层；利用间隙填充物填充所述鳍状结构之间的间隙；暴露所述鳍状结构的顶部；在所述间隙填充物和所述鳍状结构的顶部上形成金属纳米点阵列；以及去除所述间隙填充物以及所述间隙填充物上的金属纳米点，以形成仅在所述鳍状结构顶部具有金属纳米点的结构。
[0010]根据本发明的一个方面，鳍状结构的材料可以是深掺杂的硅或深掺杂的氧化铝。
[0011]根据本发明的一个方面，绝缘层可为氮化硼BN。
[0012]根据本发明的一个方面，通过外延生长来形成所述绝缘层。
[0013]根据本发明的一个方面，通过旋涂法施加所述间隙填充物。
[0014]根据本发明的一个方面，所述间隙填充物是DU0。
[0015]根据本发明的一个方面，形成金属纳米点阵列的步骤包括:采用电子束蒸镀法，以带有微孔的沉积模板来沉积金属。
[0016]根据本发明的一个方面，所述带有微孔的沉积模板通过以下步骤制得:沉积二嵌段共聚物DBCP ;使所沉积的DBCP微相分离，得到均匀分布的圆柱相的第一材料和连续相的第二材料；以溶液去除圆柱相的第一材料，留下第二材料作为带有微孔的沉积模板。
[0017]根据本发明的一个方面，所述圆柱相的第一材料为PMMA，所述连续相的第二材料为PS。
[0018]根据本发明的一个方面，通过干法或湿法蚀刻工艺去除所述间隙填充物以及所述间隙填充物上的金属纳米点。
[0019]本发明提出一种鳍式场效应晶体管，包括通过本发明的前述方法制造的在鳍状结构顶部的金属纳米点沟道结构。
[0020]与现有技术相比，本发明的优点如下:
[0021]在本发明中，将金属纳米点置于鳍状结构表面的外延绝缘层上，作为晶体管的沟道，当施加足够的电压时，电子从氧化铝上的一个金属纳米点跳跃到另一个金属纳米点，这种现象称为量子隧道效应，该沟道处于打开到导电状态；当电压低或关闭时，该沟道会恢复到绝缘体状态。因此，这种晶体管没有漏电流，即在电压低或关闭时，沟道中没有电子迁移，隧道因而会一直保持不通电的状态。而半导体器件中的漏电流是不可避免的，进而以热篮的形式浪费大量能源。
[0022]本发明的晶体管沟道所采用的金属纳米点的尺寸是纳米尺度的，因此随着技术的进步，篮篮进一步降低这种晶体管的特征尺寸。同时，由于采用鳍状结构，使得晶体管具有功耗低,面积小的优点。
【附图说明】
[0023]为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其他优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，放大了层和区域的厚度。相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
[0024]图1示出根据现有技术的鳍式场效应晶体管的立体示意图。
[0025]图2A至图2D是示出根据本发明的形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的过程的剖面示意图。
[0026]图3A至3C是示出根据本发明的形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的过程的俯视图。
[0027]图4示出根据本发明的形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管方法的流程图。
[0028]图5示出根据本发明的用于制造金属纳米点阵列的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此夕卜，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
[0030]本发明人构想出一种根据量子隧道效应来制造具有金属纳米点的鳍式场效应晶体管的方法，其中金属纳米点形成于鳍状结构表面的外延绝缘层上，作为晶体管的沟道。利用金属纳米点的量子隧道效应实现晶体管的导通和断开控制，而不需要利用诸如硅之类的半导体元素，因此避免半导体元件固有的漏电流。
[0031]图2A至图2D中示出根据本发明的形成基于金属纳米点沟道的鳍式场效应晶体管的过程的剖面示意图。首先，如图2A所示，在衬底201上形成鳍状结构202。更具体地，形成部分地嵌入衬底201的鳍状结构202。衬底201可以是任何适当的材料。在一个实施例中，衬底201是氧化物。鳍状结构202的材料可为深掺杂的硅或氧化铝(例如，业界称为蓝宝石Sapphire的氧化招材料)。在一个实施例中，可通过干法蚀刻工艺形成鳍状结构202,所形成的鳍状结构202的顶端可以是平滑曲线形状。例如，鳍状结构202的顶端是半圆柱形。与【背景技术】中的长方体鳍状结构101相比，半圆柱形结构可提高散