專利名稱：場效應晶體管及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種場效應晶體管，其中在源極觸點及漏極觸點之間設有至少一個垂直定向的、其直徑在納米范圍(納米線)上的半導體柱(Halbleitersule)，在保持一個絕緣距離的情況下該半導體柱被柵極觸點環(huán)形地包圍，及涉及用于該場效應晶體管的制造方法。
已公知了薄層晶體管，其中半導體材料以平面布置被施加在柔性的襯底上。但由于襯底的機械應力半導體易于從襯底上脫離或導致其它的損壞及由此導致功能失效。
已有人提出，以納米尺度來制造晶體管，其方式是，在由兩個塑料薄膜及處于中間的金屬層組成的薄膜復合體中借助離子轟擊開出離子軌跡溝道，這些溝道由此對于隨后的蝕刻很敏感。在蝕刻出的微孔中借助電子淀積或化學槽沉積注入半導體材料。通過接著的薄膜復合體上側及下側的金屬化構成源極及漏極觸點。中間的金屬化薄膜用作柵極觸點。
這種晶體管的圓柱形垂直結構具有其優(yōu)點，即它們在機械上非常強健，因為薄膜可彎曲并可扭轉。此外有機的薄膜材料實質地比無機的半導體材料軟。由此出現(xiàn)的彎曲力、剪切力及壓力幾乎完全由薄膜材料接收，以使得在彎曲力、剪切力及拉力作用下晶體管特性曲線及其它電參數(shù)很大程度上地恒定。
因為可制造出小到30nm的微孔及可用半導體材料填充，對于納米尺度上的晶體管也可無需光刻及無需掩模來制造。
通過半導體材料沉積類型在該方法中有條件地形成多晶的半導體柱。并且半導體柱的長度對其直徑的比例受到微孔內(nèi)的必需的晶體生長的限制。總地該用于制造晶體管的方法仍太昂貴，因為離子轟擊迄今僅在可選的科學裝置中進行。
本發(fā)明的任務在于，提出一種開始部分所述類型的場效應晶體管，它也可用單晶半導體柱來制造，其中無需離子照射也能夠實現(xiàn)。為此應給出適合的、簡單的、對于其制造工業(yè)上可應用的方法。
根據(jù)本發(fā)明，該任務將通過權利要求1及2的特征來解決。合乎目標的構型為從屬權利要求的技術方案。
據(jù)此，半導體柱被埋在第一及第二絕緣層中，在這些絕緣層之間有一個作為柵極觸點的、向外導出的金屬層。該金屬層的向上穿過第二絕緣層露出的端部被部分地轉換成絕緣體或部分地被去除并通過一個絕緣材料填充。
這種晶體管可用以下方法步驟來制造-在一個導電襯底上垂直地生長獨立式(freistehende)的半導體柱，-在這些半導體柱上施加一個第一絕緣層，-在該第一絕緣層上接著施加一個第一導電金屬層及一個第二絕緣層，-將形成的層體在這樣的程度上被平面蝕刻，以使得該第一金屬層的覆蓋這些半導體柱的部分又被去除，-將該穿過該層體表面的金屬層的端部金屬特定地返回蝕刻(zurückgetzt)并在該層體上施加一個第三絕緣層，接著將該層體重新進行平面蝕刻，或將該穿過該層體表面的金屬層的端部通過氧化或氮化轉換成絕緣體，-接著在該層體上施加一個第二金屬層。
該晶體管相對迄今的垂直納米晶體管具有以下優(yōu)點-該場效應晶體管的結構允許極高的封裝密度及極小的尺寸，且無需使用光刻方法；-所使用的襯底可以是硬性的或柔性的；-對于制造不是絕對需要離子照射-該方法現(xiàn)在允許半導體柱單晶地生長?；趩尉О雽w的晶體管比多晶的半導體的晶體管具有更高的開關速度。
以下將借助實施例來詳細地描述本發(fā)明。附圖中表示

圖1用于制造根據(jù)本發(fā)明的場效應晶體管的第一方法步驟-在一個金屬導電襯底上生長獨立式的半導體柱，圖2第二方法步驟-施加第一絕緣層，圖3第三及第四方法步驟-施加第一金屬層及第二絕緣層，圖4第五方法步驟-平面蝕刻，圖5第六方法步驟-金屬層向上伸出的端部的絕緣，圖6第七方法步驟-施加第二金屬層，制成的晶體管結構的橫截面圖，圖7通過該方法可制造的晶體管陣列的橫截面圖。
如圖1中所示，在一個可為柔性的或堅固的導電襯底1上首先生長垂直地獨立式的半導體柱2。這里可使用一個無序的工序，如由文獻/1/公知的ZnO柱的電化學生長。對此變換地，也可通過蒸發(fā)Zn或ZnO來施加ZnO，見文獻/2/。但也可這樣來預制備一個襯底，即用有序的或無序的方式形成成核籽晶(Nukleationskeime)，在該籽晶上開始柱的生長。作為無序的成核籽晶例如對于ZnO柱的生長采用Ni攙雜物，見/2/；或對于C60-納米管的垂直生長采用Ni攙雜物，見/3/，圖d。有序的成核籽晶可通過光刻方法來產(chǎn)生，見/3/，或通過非光刻方法、例如通過在錯定位的晶體面上的位錯級來產(chǎn)生。在非光刻產(chǎn)生成核籽晶的情況下極大地取消了由光刻產(chǎn)生的量值限制。柱的生長僅通過成核籽晶的量值預給定。但半導體柱也可在聚合物膜的被蝕刻出的離子軌跡溝道中制造。如果接著去除薄膜材料，同樣可形成獨立式的半導體柱，見/4/。
在襯底上生長半導體柱(納米纖維/納米管)迄今主要對于用于電子場致發(fā)射器件、發(fā)光二極管及具有極薄的吸收層的太陽能電池的制造具有重要意義。
除了所述的用于半導體柱的材料外也可考慮其它材料，如GaP，見/5/；InAs，InP，CdTe等材料。
在半導體柱2生長后施加一個絕緣層3，如圖2所示。該層的施加可通過聚合物的旋涂或通過蒸發(fā)、CVD(化學汽相淀積)或其它的用于產(chǎn)生如氧化物或氮化物的絕緣層的已知方法來實現(xiàn)。
絕緣層3也覆蓋半導體柱1的側面。在該絕緣層上通過濺射、蒸發(fā)、CVD或類似方法施加第一導電金屬層4，以后該金屬層將構成晶體管的柵極觸點。接著再施加另一絕緣層5(圖3)，及對這樣形成的層體的上部分進行平面蝕刻(圖4)。這可通過水平的離子束來實現(xiàn)(離子束蝕刻)或通過等離子蝕刻或化學蝕刻或電化學蝕刻方法來實現(xiàn)，正如由半導體技術已充分公知的。接著使從層序列中向上露出的金屬層4的端部絕緣(圖5)。這可這樣地進行，即在金屬專用的蝕刻步驟中，使露出在表面上的金屬返回蝕刻并施加另一絕緣層，然后將其平面化。對此變換地，如圖5中所示，露出在表面上的金屬通過化學氧化或氮化被轉換成一個絕緣體6。接著施加第二金屬層7(圖6)。該金屬層與半導體柱形成電接觸及在以后作為源極觸點或漏極觸點。
在起柵極觸點作用的中間接觸區(qū)域中，在半導體柱2的外側上形成一個溝道8，當半導體柱2足夠細時，該溝道也可延伸在柱的整個厚度上。
圖7中表示一個晶體管陣列。柵極觸點總是環(huán)形地包圍半導體柱2及由此與它完全相關。所有觸點(源極，漏極，柵極)可作為陣列被控制或借助光刻方法來劃分。這種陣列尤其可應用在電路或顯示器中。在顯示器中將由幾百個晶體管組成一個光像素(Pixel)。
借助該方法可制造具有其直徑為10至500nm數(shù)量級的半導體柱的晶體管。半導體柱的高度在相同范圍內(nèi)。在直徑非常小的情況下晶體管可以在量子等級工作。
所引證的文獻目錄/1/-“獨立式的ZnO柱上的薄膜沉積”，Knenkamp等著，Appl.Phys.Lett.77，No 16(2000年10月16日)，第2275-2277頁/2/-“使用汽相淀積方法的ZnO納米線陣列的低溫生長”，SeungChu Lyu等人著，待出版的Chemistry of Materials/3/-納米技術會議，Teo等人的報告，Santiago de Compostela，9月9-13日，2002-10-09/4/-“在100nm直徑的聚合物溝道中化合物半導體的電淀積”，Engelhardt，Knenkamp著，J.Appl.Phys.Lett.90，No 8(2002年10月15日)，第4287-4289頁/5/-“直徑選擇的半導體納米線”，Gudiksen/Lieber著，J.Am.Chem.Soc.122(2000年)，第8801-8802頁參考標號表1襯底2半導體柱3絕緣層4金屬層
5絕緣層6絕緣體7金屬層8溝道
權利要求
1.場效應晶體管，其中在一個源極觸點及一個漏極觸點(1，7)之間有至少一個垂直定向的、其直徑在納米范圍上的半導體柱(2)，在保持一個絕緣距離的情況下該半導體柱被一個柵極觸點環(huán)形地包圍，其特征在于該半導體柱(2)被埋在一個第一及一個第二絕緣層(3，5)中，在這些絕緣層之間有一個作為柵極觸點的、向外導出的金屬層(4)，該金屬層的向上穿過該第二絕緣層(5)露出的端部被部分地轉換成絕緣體(6)或部分地被去除并通過絕緣材料填充。
2.制造場效應晶體管的方法，其中在一個源極觸點及一個漏極觸點之間有至少一個垂直定向的、其直徑在納米范圍上的半導體柱，在保持一個絕緣距離的情況下該半導體柱被一個柵極觸點環(huán)形地包圍，其特征在于-在一個導電襯底上垂直地生長獨立式的半導體柱，-在這些半導體柱上施加一個第一絕緣層，-在該第一絕緣層上接著施加一個第一導電金屬層及一個第二絕緣層，-將形成的層體在這樣的程度上被平面蝕刻，以使得該第一金屬層的覆蓋這些半導體柱的部分又被去除，-將該穿過該層體表面的金屬層的端部金屬特定地返回蝕刻并在該層體上施加一個第三絕緣層，接著將該層體重新進行平面蝕刻，或將該穿過該層體表面的金屬層的端部通過氧化或氮化轉換成絕緣體，-接著在該層體上施加一個第二金屬層。
3.根據(jù)權利要求2的方法，其特征在于該層體或各個層借助光刻方法被劃分成一些單個的陣列。
4.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是以電化學方式來進行的。
5.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是通過濺射來進行的。
6.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是通過CVD方法來進行的。
7.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是通過蒸發(fā)來進行的。
8.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是在成核籽晶上進行的。
9.根據(jù)權利要求2或3的方法，其特征在于這些半導體柱的生長是在聚合物薄膜的離子軌跡溝道中進行的，接著再去除該聚合物薄膜。
全文摘要
本發(fā)明涉及場效應晶體管，其中在源極觸點及漏極觸點之間設有至少一個垂直定向的、其直徑在納米范圍上的半導體柱，在保持一個絕緣距離的情況下該半導體柱被柵極觸點環(huán)形地包圍。本發(fā)明提出一種簡化的制造方法。所制造的晶體管被這樣地構成半導體柱(2)被埋在第一及第二絕緣層(3，5)中，在這些絕緣層之間設有一個作為柵極觸點的、向外導出的金屬層(4)，該金屬層的向上穿過第二絕緣層(5)露出的端部被部分地轉換成絕緣體(6)或部分地被去除及通過絕緣材料填充。
文檔編號H01L21/768GK1708864SQ200380102419
公開日2005年12月14日 申請日期2003年10月29日 優(yōu)先權日2002年10月29日
發(fā)明者羅爾夫·克嫩坎普 申請人:哈恩-邁特納研究所柏林有限公司