專利名稱：一種柵控二極管半導體器件的制造方法
一種柵控二極管半導體器件的制造方法技術領域
本發(fā)明屬于半導體器件制造技術領域，具體涉及一種半導體器件的制造方法，特別涉及一種柵控二極管半導體器件的制造方法。
背景技術：
金屬-氧化物-硅場效應晶體管(MOSFET)是一種可以廣泛使用在模擬電路與數(shù)字電路中的場效晶體管，其基本結構如圖1所示，它包括一個硅襯底101以及在硅襯底101之上形成的柵極絕緣層104和柵極導電層105，在襯底101內(nèi)所述柵極的兩側(cè)形成有漏區(qū)102 和源區(qū)103。當一個足夠大的電位差施于MOSFET的柵極與源極之間時，電場會在柵極絕緣層下方的硅襯底表面形成感應電荷，而這時所謂的“反型層”(inversion channel)就會形成。通道的極性與其漏極與源極相同，假設漏極和源極是η型，那么通道也會是η型。通道形成后，MOSFET即可讓電流通過，而依據(jù)施加于柵極上的電壓值不同，MOSFET的通道流過的電流大小也會改變。
隨著集成電路技術的不斷發(fā)展，MOSFET的尺寸越來越小，單位陣列上的晶體管密度也越來越高。如今的集成電路器件技術節(jié)點已經(jīng)處于45納米左右，MOSFET的源、漏極之間的漏電流，隨著溝道長度的縮小而迅速上升。而且，傳統(tǒng)MOSFET的最小亞閾值擺幅(SS) 被限制在60mv/dec，這限制了晶體管的開關速度。在一些集成密度較高的芯片上，減小器件的尺寸意味著更大的SS值，而對于高速芯片需要更小的SS值，較小的SS值能在提高器件頻率的同時降低芯片功耗。因此當器件的溝道長度下降到30納米以下時，有必要使用新型的器件來獲得較小的漏電流以及小的SS值，從而降低芯片功耗。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種能夠減小器件漏電流以及SS值，從而可以降低芯片功耗的柵控二極管半導體器件的制造方法。
本發(fā)明提出的存儲器器件利用了正反饋的自增益原理。即，當一個平面半導體器件摻雜依次為p-n-p-n摻雜類型時，可以產(chǎn)生兩對相互依賴的三極管p-n-p及n-p-n，通常這兩個可以相互放大，而迅速使器件的電流增大，嚴重時導致器件擊穿。為了將這種現(xiàn)象合理地應用到薄膜半導體中，本發(fā)明提出了一種基于ZnO半導體材料的柵控二極管半導體存儲器。當柵極電壓較高時，柵極下面的溝道是η型，器件就是簡單的柵控pn結結構。通過背柵控制ZnO薄膜的有效η型濃度，再通過柵極實現(xiàn)將η型ZnO反型為ρ型，又用NiO作為P型半導體，這樣就形成了 η-ρ-η-ρ的摻雜結構。
本發(fā)明提出了上述柵控二極管半導體器件的制造方法，具體步驟包括 提供一個重摻雜的η型硅襯底；在所述η型硅襯底之上形成第一種絕緣薄膜； 在所述第一種絕緣薄膜之上形成一層ZnO層； 刻蝕所述ZnO層形成有源區(qū)；覆蓋所述有源區(qū)形成一層摻雜有P型雜質(zhì)離子的NiO層；光刻圖形并刻蝕所述NiO層，在所述ZnO有源區(qū)一個側(cè)之上保留NiO層形成器件的源極；在暴露的NiO及ZnO表面淀積形成第二種絕緣薄膜；通過光刻并刻蝕所述第二種絕緣薄膜定義出漏極、源極的接觸孔，而保持除接觸孔之外的其它區(qū)域的第二種絕緣薄膜，所述漏極、源極的接觸孔分別在所述有源區(qū)的兩側(cè)，其中源極接觸孔開在NiO上而漏極接觸孔開在另一側(cè)的ZnO上；淀積形成第一種導電薄膜并刻蝕所述第一種導電薄膜形成分別獨立的漏極電極、柵極電極、源極電極，其中源極電極通過源極接觸孔接觸到NiO上，漏區(qū)電極通過漏區(qū)接觸孔接觸到有源區(qū)的另一側(cè)的ZnO上，柵極電極在源極接觸孔和漏極接觸孔之間的未被刻蝕的第二種絕緣薄膜之上。
進一步地，所述的第一種絕緣薄膜為氧化硅，其厚度范圍為1-500納米。所述的第二種絕緣薄膜為S^2或者為HfO2等高介電常數(shù)材料。所述的第一種導電薄膜為重摻雜多晶硅、銅、鎢、鋁、氮化鈦或者為氮化鉭。
本發(fā)明所提出的柵控二極管半導體器件的制造方法工藝過程簡單、制造成本低， 所制造的柵控二極管器件具有大驅(qū)動電流、小亞閾值擺幅的優(yōu)點，可以降低芯片功耗，而且本發(fā)明通過低溫工藝生產(chǎn)，特別適用于基于柔性襯底的半導體器件以及平板顯示、相變存儲器的讀寫器件的制造中。


圖1為傳統(tǒng)的MOSFET晶體管的截面圖。
圖2-圖5為本發(fā)明所公開的柵控二極管半導體器件的制造方法的一個實施例的制造工藝流程圖。
圖6為采用本發(fā)明方法制備的柵控二極管器件的一個實施例處于截止狀態(tài)時的結構示意圖。
具體實施方式
下面將參照附圖對本發(fā)明的一個示例性實施方式作詳細說明。在圖中，為了方便說明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實際尺寸。盡管這些圖并不能完全準確的反映出器件的實際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結構之間的相互位置，特別是組成結構之間的上下和相鄰關系。
參考圖是本發(fā)明的理想化實施例的示意圖，本發(fā)明所示的實施例不應該被認為僅限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差。例如刻蝕得到的曲線通常具有彎曲或圓潤的特點，但在本發(fā)明實施例中，均以矩形表示，圖中的表示是示意性的，但這不應該被認為是限制本發(fā)明的范圍。同時在下面的描述中，所使用的術語襯底可以理解為包括正在工藝加工中的半導體襯底，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。
首先，通過熱氧化的方法在提供的重摻雜η型雜質(zhì)離子的硅襯底201上生長一層約20納米厚的氧化硅薄膜202，接著采用原子層淀積的方法在氧化硅薄膜202之上淀積一層約5納米厚的ZnO薄膜203，再淀積一層光刻膠301并掩膜、曝光、顯影形成圖形，然后刻蝕ZnO薄膜203形成有源區(qū)，如圖2所示。
剝除光刻膠301后，采用物理氣相沉積(PVD)的方法淀積一層摻雜有ρ型雜質(zhì)離子的NiO薄膜，接著再次淀積一層光刻膠302并掩膜、曝光、顯影形成圖形，然后刻蝕NiO薄膜形成器件的源極204，如圖3所示。
剝除光刻膠302后，淀積一層高介電常數(shù)材料205，高介電常數(shù)材料205比如為 HfO2，然后淀積一層新的光刻膠并掩膜、曝光、顯影形成圖形，然后刻蝕高介電常數(shù)材料205 定義出漏極、源極的位置，剝除光刻膠后如圖4所示，最后，淀積一層金屬導電薄膜，比如為鋁，然后通過光刻工藝與刻蝕工藝形成漏極電極 206、柵極電極207、源極電極208，如圖5所示。
由于ZnO具有η型半導體的特征，當對源極、漏極施加正向偏置時，若對柵極施加正電壓，則器件結構等效為施加正向偏置的PV結結構，器件導通。若對柵極施加負電壓， 則在柵極電極207下所述ZnO介質(zhì)層203內(nèi)形成ρ型區(qū)域400，如圖6所示，器件等效為 ρ-η-ρ-η結結構，器件截止。
如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構成許多有很大差別的實施例。應當理解，除了如所附的權利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實例。
權利要求
1.一種柵控二極管半導體器件的制造方法，其特征在于具體步驟包括 提供一個重摻雜的η型硅襯底；在所述η型硅襯底之上形成第一種絕緣薄膜； 在所述第一種絕緣薄膜之上形成一層ZnO層； 刻蝕所述ZnO層形成有源區(qū)；覆蓋所述有源區(qū)形成一層摻雜有P型雜質(zhì)離子的NiO層；光刻圖形并刻蝕所述NiO層，在所述ZnO有源區(qū)一個側(cè)之上保留NiO層形成器件的源極；在暴露的NiO及ZnO表面淀積形成第二種絕緣薄膜；通過光刻并刻蝕所述第二種絕緣薄膜定義出漏極、源極的接觸孔，而保留接觸孔之外的其它區(qū)域的第二種絕緣薄膜，所述漏極、源極的接觸孔分別在所述有源區(qū)的兩側(cè)，其中源極接觸孔開在NiO上而漏極接觸孔開在另一側(cè)的ZnO上；淀積形成第一種導電薄膜并刻蝕所述第一種導電薄膜形成分別獨立的漏極電極、柵極電極、源極電極，其中源極電極通過源極接觸孔接觸到NiO上，漏區(qū)電極通過漏區(qū)接觸孔接觸到有源區(qū)的另一側(cè)的ZnO上，柵極電極在源極接觸孔和漏極接觸孔之間的未被刻蝕的第二種絕緣薄膜之上。
2.根據(jù)權利要求1所述的柵控二極管半導體器件的制造方法，其特征在于，所述的第一種絕緣薄膜為氧化硅，其厚度范圍為1-500納米。
3.根據(jù)權利要求1所述的柵控二極管半導體器件的制造方法，其特征在于，所述的ZnO 介質(zhì)層的厚度范圍為1-100納米。
4.根據(jù)權利要求1所述的柵控二極管半導體器件的制造方法，其特征在于，所述的第二種絕緣薄膜為SiA或者為HfO2高介電常數(shù)材料。
5.根據(jù)權利要求1所述的柵控二極管半導體器件的制造方法，其特征在于，所述的第一種導電薄膜為重摻雜多晶硅、銅、鎢、鋁、氮化鈦或者為氮化鉭。
全文摘要
本發(fā)明屬于半導體器件制造技術領域，具體公開了一種柵控二極管半導體器件的制造方法。本發(fā)明中，當柵極電壓較高時，柵極下面的溝道是n型，器件就是簡單的柵控pn結結構；通過背柵控制ZnO薄膜的有效n型濃度，通過柵極實現(xiàn)將n型ZnO反型為p型，又用NiO作為p型半導體，形成n-p-n-p的摻雜結構。本發(fā)明方法工藝過程簡單、制造成本低，所制造的柵控二極管器件具有大驅(qū)動電流、小亞閾值擺幅的優(yōu)點，可以降低芯片功耗，而且本發(fā)明通過低溫工藝生產(chǎn)，特別適用于基于柔性襯底的半導體器件以及平板顯示、相變存儲器的讀寫器件的制造中。
文檔編號H01L21/329GK102543723SQ201210001479
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月5日 優(yōu)先權日2012年1月5日
發(fā)明者劉曉勇, 孫清清, 張衛(wèi), 王鵬飛 申請人:復旦大學