專利名稱：具有隔離層的半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件設(shè)置在半導(dǎo)體本體中，并且包括至少一個源區(qū)和至少一個漏區(qū)，其中每一個都具有第一導(dǎo)電類型，和至少一個具有第二導(dǎo)電類型的設(shè)置在源區(qū)和漏區(qū)之間的本體區(qū)，以及至少一個通過隔離層與半導(dǎo)體本體隔離的柵電極。
具有晶體管功能的器件可在許多實施例中已知。這些實施例的其中之一是一種被稱為場效應(yīng)晶體管(FET)的類型的晶體管。就場效應(yīng)晶體管來說，在與源區(qū)和漏區(qū)接觸的電溝道中的電荷載流子密度通過將電壓施加到控制電極(柵電極)而被改變。控制電極可借助阻塞pn-結(jié)(J-FET)或借助絕緣層(通常是SiO2或金屬氧化物)(MOSFET)與溝道分開。就MOSFET來說，導(dǎo)電溝道是在柵電極下由漸增的負(fù)柵壓感應(yīng)產(chǎn)生的。
電子器件發(fā)展的顯著特征是趨于微型化。就微型化的場效應(yīng)晶體管來說，絕緣層(柵氧化物)的層厚也是按比例縮小的。然而，如果層厚太小，則漏電流急劇地增加，因此器件的功能會受到不利影響。然而由于在隔離層中現(xiàn)今通常所用的材料的極化率不足夠高，因此不可能使用較厚的隔離層。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的具有隔離層的半導(dǎo)體器件，其包括具有高極化率的材料。
借助一種半導(dǎo)體器件可以實現(xiàn)該目的，該半導(dǎo)體器件設(shè)置在半導(dǎo)體本體中，并且其包括至少一個源區(qū)和至少一個漏區(qū)，其中每一個都具有第一導(dǎo)電類型，和至少一個具有第二導(dǎo)電類型的設(shè)置在源區(qū)和漏區(qū)之間的本體區(qū)，以及至少一個通過隔離層與半導(dǎo)體本體隔離的柵電極，所述隔離層包括可極化顆粒，其中每一個顆粒都具有納米顆粒核并且納米顆粒核的表面用可極化離子改性。
用可極化離子改性納米顆粒的表面總的來說會產(chǎn)生所述納米顆粒的高極化率。具有上述可極化顆粒的隔離層顯示出增加的介電常數(shù)。根據(jù)所述隔離層的增加的介電常數(shù)，半導(dǎo)體器件，尤其是場效應(yīng)晶體管可被制造，其中就半導(dǎo)體器件的微型化而論，總的來說隔離層的層厚一點也不會減少或減少與半導(dǎo)體器件的整個微型化相比較小的程度，而不會減少在與本體區(qū)的界面處感應(yīng)的電荷的密度。這些半導(dǎo)體器件可在低柵壓下工作。
如權(quán)利要求2所述的有利地被選擇的離子是大的、具有易于變形的分散電子殼(diffuse electron sheath)的多數(shù)為多電荷的陰離子。
如權(quán)利要求3所述的有利地被選擇的離子是具有易于變形的分散電子殼的陽離子。
如權(quán)利要求4和5所述的有利地被選擇的材料是部分地具有ε＞20的高介電常數(shù)的絕緣材料。
參考下文描述的實施例，本發(fā)明的這些和其它特征將顯而易見并將被闡明。
在附圖中

圖1是MOS場效應(yīng)晶體管結(jié)構(gòu)的截面圖，以及圖2用圖解法示出了根據(jù)本發(fā)明的可極化顆粒，其包括納米顆粒核和在納米顆粒核的表面處的可極化陰離子。
圖1用圖解法示出了MOSFET的結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體本體1，例如硅，GaAs，SiC，GaN或InP，包括第一表面2(片的前側(cè))和第二表面3(片的后側(cè))。重n-摻雜源區(qū)4和與其隔開的重n-摻雜漏區(qū)5設(shè)置在第一表面2內(nèi)。在該MOSFET的實施例中，第一導(dǎo)電類型是n-型，第二導(dǎo)電類型是p-型，從而得到n-溝道MOSFET。原則上，可互換n摻雜和p摻雜，因此得到p-溝道MOSFET。作為p-導(dǎo)電區(qū)使用的摻雜原子可由例如硼組成，以及作為n-導(dǎo)電區(qū)使用的摻雜原子可由例如磷，砷或銻組成。源區(qū)4通過源極金屬化6(源電極)被導(dǎo)電地接觸，漏區(qū)5通過漏極金屬化7(漏電極)被導(dǎo)電地接觸。p導(dǎo)電本體區(qū)8設(shè)置在源區(qū)4和漏區(qū)5之間。柵電極10(控制電極)設(shè)置在部分本體區(qū)8到達(dá)第一表面2的區(qū)域處，該柵電極借助隔離層9與半導(dǎo)體本體1隔離。柵電極10，源電極6和漏電極7分別與柵極連接G，源極連接S和漏極連接D連接，在第一表面2處被隔開，并且借助于鈍化層例如場氧化物(圖1中未示出)從外部隔離。柵電極10，源電極6和漏電極7可包括例如以下材料Al，Au-Sb，Ni-Ge，Au-Ni-Ge，Ni-Ag-Ge，Ni-Pd-Ge，Ni-Pt-Ge，Ni-In-Ge，Ti，Al-Ti，Al-Ti-Al，Ni，Ti-Au或Pd-Au。在各個情況下，材料的選擇尤其取決于所用的半導(dǎo)體材料和摻雜類型。
如果無電壓或負(fù)電壓施加到柵電極10上，那么由于兩個pn-結(jié)的其中之一被持續(xù)地反向偏置，因此對于兩種極性來說裝置都會阻礙從源區(qū)4流入漏區(qū)5的電流。如果正電壓施加到柵電極10上，那么在與隔離層9的界面處感應(yīng)會引起負(fù)電荷載流子在本體區(qū)8中積累，從而薄的n-導(dǎo)電溝道形成。由于導(dǎo)電類型可從p變換為n，因此該層也被稱為反型層。從而，電流在源區(qū)4和漏區(qū)5之間流動成為可能。
隔離層包含可極化顆粒，其中每一個顆粒都包括納米顆粒核，該納米顆粒核的表面用可極化離子改性。所述納米顆粒核優(yōu)選包括絕緣金屬氧化物。所述納米顆粒核包括例如從包括HfO2，ZrO2，Ta2O5和BaTiO3的組中選擇的材料。尤其優(yōu)選地，納米顆粒核包括ZrO2或HfO2，因為這些材料具有高介電常數(shù)ε。
納米顆粒核的顆粒直徑優(yōu)選≤250nm。顆粒直徑尤其優(yōu)選≤100nm。隔離層9可包括具有近似相等的顆粒直徑的納米顆粒核。或者，隔離層9可包括具有很不相同的顆粒直徑的納米顆粒核。就后者來說，在隔離層9中可得到高堆積密度，其會產(chǎn)生隔離層9的好的絕緣特性。
可極化離子可以是陰離子或陽離子。
可極化陰離子是大的、具有易于變形的分散電子殼的多數(shù)為多電荷的陰離子。尤其是具有高電荷密度的陰離子是合適的?？蓸O化陰離子優(yōu)選從包括NO3-，SO42-，ClO4-，I-，SCN-，S2O32-，BrO3-，ClO3-，P2O72-，Si2O72-，SiO4-和BO3-的組中選擇。尤其優(yōu)選地，可極化陰離子是高度荷電的氧化物簇，例如P2O72-，Si2O72-，SiO4-和BO3-。
可極化陽離子是例如(C6H5)C+或(CH3)3C+。尤其是具有芳香烴取代的陽離子是合適的。陽離子借助表面處的離子與納米顆粒配位。
圖2用圖解的方法示出了包括ZrO2納米顆粒核和在納米顆粒核表面處的可極化硫代硫酸鹽陰離子的可極化顆粒。
具有包括納米顆粒核和在表面處的陰離子的可極化顆粒的隔離層9可另外包括小的硬陽離子例如Li+，Na+，K+或H3O+。這些小的陽離子會使陰離子的分散電子殼產(chǎn)生很大的變形。
為制造可極化顆粒，首先制造包含金屬氧化物的納米顆粒核。所述納米顆粒核可用合成法制造，該方法可用于制造納米顆粒復(fù)合半導(dǎo)體，即所稱的量子點。這樣，包含金屬氧化物的納米顆粒核可在高溫下例如通過有機金屬前驅(qū)物在例如十六胺(HAD)，三辛基氧化膦(TOPO)或三辛基膦(TOP)的調(diào)配溶劑(coordinating solvent)中的熱解而被制造。納米顆粒核的顆粒直徑可由調(diào)配溶劑控制。
或者納米顆粒核可用其它方法制造，例如溶膠-凝膠法或微乳劑法。合適的合成法的選擇由納米顆粒核的材料決定。
接著，穩(wěn)定配體用例如可極化陰離子取代。為此，納米顆粒核被引入到在其中它們不溶解的溶劑中。然后，沉淀的納米顆粒核被引入到在其中它們?nèi)芙獾睦缢?，乙醇或?乙醇的混合物的溶劑中，而所述溶劑還包括高濃度的可極化陰離子。由于納米顆粒核和可極化陰離子之間的高親合力，穩(wěn)定配體用可極化陰離子取代。包括可極化顆粒的懸浮液被得到。
或者，可極化顆粒也可以通過在存在可極化陰離子的情況下合成包含金屬氧化物的納米顆粒核被直接制造。通過添加適當(dāng)?shù)慕饘伲鏐a2+和/或通過設(shè)定pH值，可極化顆粒可從溶液中被沉淀。
為了制造在表面處具有陽離子的可極化顆粒，合適的前驅(qū)物例如(C6H5)3CCl或(CH3)3CCl通過使用例如Lewis酸例如BF3的酸被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的陽離子，該陽離子接著在納米顆粒的表面處配位。就包含金屬氧化物的核來說，例如借助存在于表面處的氧原子上述情況會發(fā)生。
為制造隔離層9，具有可極化顆粒的懸浮液借助于離心或電泳沉積法被施加到本體區(qū)8的合適區(qū)域。接著，小的硬陽離子可通過添加稀釋的酸或包含例如MNO3，M2CO3或MHCO3的鹽溶液被引入到隔離層9中，其中M＝Li+，Na+，或K+。在干燥后，得到致密的隔離層9。
為制造根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，首先通過將磷離子注入到由摻雜硼的硅構(gòu)成的半導(dǎo)體本體1中產(chǎn)生n-導(dǎo)電源區(qū)4和n-導(dǎo)電漏區(qū)5。接著，借助于光刻工藝，提供由摻雜了0.5wt％的Cu的Al構(gòu)成的源電極6和漏電極7。借助于電泳沉積法和干燥，在兩個電極4，5之間形成隔離層9。隔離層9包括具有含ZrO2的具有約100nm的顆粒直徑的納米顆粒核和在表面處的BO3-陰離子的可極化顆粒。然后由Al構(gòu)成的柵電極10在隔離層9上形成。
與通常的半導(dǎo)體器件相比，隔離層9可體現(xiàn)為具有較大的層厚，因此根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件顯示出較低的漏電流。如果所用的層厚等于通常的半導(dǎo)體器件所用的層厚，那么根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件可在較低的柵壓下工作。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，其設(shè)置在半導(dǎo)體本體(1)中，并且包括至少一個源區(qū)(4)和至少一個漏區(qū)(5)，每一個具有第一導(dǎo)電類型，和至少一個具有第二導(dǎo)電類型的設(shè)置在源區(qū)(4)和漏區(qū)(5)之間的本體區(qū)(8)，以及至少一個通過隔離層(9)與半導(dǎo)體本體(1)隔離的柵電極(10)，所述隔離層(9)包括可極化顆粒，其每一個顆粒具有其表面用可極化離子改性的納米顆粒核。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于可極化離子是從由NO3-，SO42-，ClO4-，I-，SCN-，S2O32-，BrO3-，ClO3-，P2O72-，Si2O72-，SiO4-和BO3-組成的組中選擇的。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于可極化離子是從由(C6H5)3C+和(CH3)3C+組成的組中選擇的。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于納米顆粒核包括金屬氧化物。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于納米顆粒核包括從由HfO2，ZrO2，Ta2O5和BaTiO3組成的組中選擇的材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件設(shè)置在半導(dǎo)體本體(1)中，并且包括至少一個源區(qū)(4)和至少一個漏區(qū)(5)，每一個都具有第一導(dǎo)電類型，和至少一個具有第二導(dǎo)電類型的設(shè)置在源區(qū)(4)和漏區(qū)(5)之間的本體區(qū)(8)，以及至少一個通過隔離層(9)與半導(dǎo)體本體(1)隔離的柵電極(10)。所述隔離層(9)包括可極化顆粒，該可極化顆粒由納米顆粒絕緣核和由可極化陰離子或可極化陽離子構(gòu)成的殼組成。隔離層(9)顯示出高介電常數(shù)ε。
文檔編號H01L29/51GK1762057SQ200480007221
公開日2006年4月19日 申請日期2004年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者C·R·龍達(dá), S·P·格拉博斯基 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司