CN112103157B - 一种平面型空气通道晶体管及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种平面型空气通道晶体管，包括：衬底、绝缘层、多晶硅、第一牺牲层、第一导电材料、第二导电材料、第一极、第二极和第三极；绝缘层位于衬底上，多晶硅和第二导电材料均位于绝缘层远离衬底的一侧，第二导电材料、多晶硅之间形成有空气通道；第一导电材料和第一牺牲层均设置在多晶硅上，第一牺牲层连接第一导电材料和多晶硅，第一导电材料设置有贯通第一牺牲层的第一接触点，第一极位于第一接触点处；第三极位于绝缘层上的第二接触点处；绝缘层和第二导电材料均与第二极的底部相接触；本发明通过去除多晶硅侧壁生长的牺牲层在第二导电材料和多晶硅之间形成空气通道，无需高精度的光刻工艺，提高生产效率，增加了实用价值。

Description

一种平面型空气通道晶体管及其制备方法
技术领域
本发明涉及晶体管及其制备工艺领域，特别涉及一种平面型空气通道晶体管及其制备方法。
背景技术
空气通道晶体管利用电子的场致发射特性工作，既不同于基于热电子发射机制的真空管，也不同于基于场效应原理的场效应晶体管。在空气通道晶体管中，在阴极表面施加一个足够强的电场(通常在107V/cm以上)，这个电场使阴极电子和真空能级之间的势垒降低、变窄，电子通过隧穿机制进入真空的概率显著提升，在阴极-阳极之间形成场致发射电流。另外，通过调控栅极电压可调控阴阳极之间电流的通断。空气通道晶体管的阴极-阳极之间并不一定需要是真空，可以是空气或者其他气体，只要阴极-阳极之间宽度小于电子平均自由程。在这样小的宽度里，电子与气体分子碰撞的概率很低，运行速率也接近在真空中的速度。理论上空气通道晶体管比场效应晶体管的电子运输速度快三个数量级，有望实现更高速电子器件。此外，空气通道晶体管耐高温、抗辐射性能也比场效应晶体管更好。
为提高这类空气通道晶体管的工作效率，需要发射极和收集极之间的距离尽可能小，以降低电子发射所需要的电压、提高发射电流、增强电流稳定性，典型的间隙大小在100纳米以下。为实现这样小间隔的发射极和收集极，目前有两种可能的路径：一是采用平面工艺，利用高精度的光刻技术，但是成本较高；二是各种非平面工艺，例如通过电子束曝光技术、FIB(Focused Ion beam聚焦离子束)刻蚀技术实现了方形、梯形竖直等造型的空气通道晶体管。但是这些非平面工艺的晶体管制造技术除成本高、效率低、可重复性差以外，也不适用于规模化制造，只适合实验室科研使用。
本发明旨在提供一种平面型空气通道晶体管及其制备方法来解决现有技术存在的上述缺陷。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于提供一种平面型空气通道晶体管，包括：衬底、绝缘层、多晶硅、第一牺牲层、第一导电材料、第二导电材料、第一极、第二极和第三极；
所述绝缘层位于所述衬底上，所述多晶硅和所述第二导电材料均位于所述绝缘层远离所述衬底的一侧，所述第二导电材料、所述多晶硅之间形成有空气通道；
所述第一导电材料和所述第一牺牲层均设置在所述多晶硅上，所述第一导电材料设置在所述第一牺牲层远离所述衬底的一侧，所述第一导电材料设置有第一接触点，所述第一接触点贯通所述第一牺牲层，所述第一极位于所述第一接触点处；
所述绝缘层设置有第二接触点，所述第三极位于所述第二接触点处；
所述第二极设置在所述绝缘层上，所述绝缘层和第二导电材料均与所述第二极的底部相接触。
进一步地，所述第一极为发射极，所述第二极收集极，所述第三极为栅电极或，
所述第一极为收集极，所述第二极发射极，所述第三极为栅电极。
具体地，所述衬底为硅衬底、SOI衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底中的一种或几种的组合。
具体地，所述第三极的底部与所述衬底的顶部相接触，所述第二极的底部与所述绝缘层的顶部相接触，所述第一极的底部与所述多晶硅的顶部相接触。
本发明另一方面保护一种平面型空气通道晶体管的制备方法，包括以下步骤：
提供衬底，在所述衬底的表面形成绝缘层；
在所述绝缘层远离所述衬底的表面生长多晶硅层，对所述多晶硅层进行第一处理形成多晶硅；
在所述多晶硅的表面生长牺牲层，得到位于多晶硅顶部的第一牺牲层和位于多晶硅侧壁的第二牺牲层；
在所述绝缘层的表面生长导电层，对所述导电层进行图形化处理得到第一导电材料和第二导电材料，所述第一导电材料位于所述第一牺牲层远离所述多晶硅的一侧，所述第二导电材料与所述第二牺牲层相接触；
对所述第一导电材料和所述第一牺牲层进行第二处理，在所述多晶硅的顶部形成第一接触点；
对所述绝缘层进行图形化处理形成第二接触点，所述第二接触点远离所述多晶硅；
光刻形成掩模并沉积金属层，得到第一极、第二极和第三极；
去除第二牺牲层形成位于第二导电材料和所述多晶硅之间的空气通道，得到平面型空气通道晶体管。
优选地，所述绝缘层通过化学气相沉积法、原子层沉积发中的一种或其组合制备得到，所述绝缘层的厚度在10nm至1000nm范围内。
具体地，所述第一处理包括：对所述多晶硅层通过离子注入或扩散工艺进行掺杂，并对掺杂后的多晶硅层进行光刻和反应离子刻蚀图形化处理处理形成多晶硅。
进一步地，所述牺牲层可通过热氧化法、化学气相沉积法、原子层沉积法中的一种或几种的组合制备得到，所述第二牺牲层在垂直于所述多晶硅侧壁方向上的厚度与所述空气通道的宽度相等。
更进一步地，所述第二处理包括：通过光刻和离子刻蚀工艺，去除至少部分的所述第一牺牲层和至少部分所述第一导电材料，以在所述多晶硅的顶部形成第一接触点。
优选地，所述导电层通过化学气相沉积发、蒸发法、溅射法中的一组或几种的组合制备得到，所述导电层的材料为金属、氧化物、二维材料、硅材料中的一种或几种的组合，所述导电层的厚度在10nm至1000nm的范围内。
进一步地，所述金属层通过溅射或蒸发工艺制备，所述金属层的材料可为单一种类金属、多种金属及金属化合物的组合，所述金属层可为一层金属，也可为粘附层与多层金属的组合。
进一步地，所述去除第二牺牲层形成位于第二导电材料和所述多晶硅之间的空气通道，包括：
通过各向同性湿法腐蚀工艺去除所述第二牺牲层，所述各向同性湿法腐蚀工艺中所采用的腐蚀液对所述第二牺牲层的材料具有选择性腐蚀。
由于上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
1)本发明提供的一种平面型空气通道晶体管及其制备方法，通过在多晶硅侧壁生长牺牲层将第二导电材料和多晶硅间隔开，在去除掉牺牲层之后，在第二导电材料和多晶硅之间形成等同于牺牲层膜厚的纳米级的空气通道，无需高精度的光刻工艺，降低了生产制造成本低、有利于提高生成效率，增加了实用价值，具有良好的实际应用前景。
2)本发明提供的一种平面型空气通道晶体管及其制备方法，通过将第一极多晶硅构成发射极和收集极中的一个、将第二极第二导电材料构成发射极和收集极中的另一个，以及将衬底构成背部栅极，可实现空气通道晶体管功能，有利于提高晶体管中电子运输速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1是本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管在俯视视角下的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管制备方法的工艺流程图；
图4是本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管制备方法其各步骤所对应的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管的电流-电压测试曲线图；
图6为本发明实施例提供的一种平面型空气通道晶体管的ln(I/V2)-1/V特性图；
图7是本发明实施例提供的另一种平面型空气通道晶体管的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的另一种平面型空气通道晶体管在俯视视角下的结构示意图。
图中：1-衬底，2-绝缘层，21-第二接触点，3-多晶硅，41-第一牺牲层，42-第二牺牲层，51-第一导电材料，52-第二导电材料，61-第一极，62-第二极，63-第三极。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。“顶部”和“底部”只是为了方便描述各部件之间的相对位置关系，这当然也包括了采用不同参考方向时与其等同的相对位置关系的限定方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
实施例1
结合图1至图5，本实施例提供一种平面型空气通道晶体管，包括：衬底1、绝缘层2、多晶硅3、第一牺牲层41、第一导电材料51、第二导电材料52、第一极61、第二极62和第三极63；
所述绝缘层2位于所述衬底1上，所述多晶硅3和所述第二导电材料52均位于所述绝缘层2远离所述衬底1的一侧，所述第二导电材料52所述多晶硅3之间形成有空气通道；
所述第一导电材料51和所述第一牺牲层41均设置在所述多晶硅3上，所述第一导电材料51设置在所述第一牺牲层41远离所述衬底1的一侧，所述第一导电材料51设置有贯通所述第一牺牲层41的第一接触点，所述第一极61位于所述第一接触点处；
所述绝缘层2设置有第二接触点，所述第三极63位于所述第二接触点处；
所述第二极62设置在所述绝缘层2上，所述绝缘层2和第二导电材料52均与所述第二极62的底部相接触。
本实施例提供的平面型空气通道晶体管，其所述第三极63为栅电极，其第一极61和第二极62可以互换，即可以是所述第一极61为发射极，所述第二极62收集极，还可以是所述第一极61为收集极，所述第二极62发射极。
所述衬底1为硅衬底、SOI(Silicon-On-Insulator，即绝缘衬底上的硅)衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底中的一种或几种的组合。
所述第三极63的底部与所述衬底的顶部相接触、所述第二极62的底部与所述绝缘层2的顶部相接触，所述第一极61的底部与所述多晶硅3的顶部相接触。即所述第一接触点的终点为所述多晶硅3的顶面，所述第二接触点的终点为所述衬底1的顶面。
结合图3和图4，本说明书实施例提供的平面型空气通道晶体管可通过以下制备方法制备得到，包括以下步骤：
S100：提供衬底1，在所述衬底1的表面形成绝缘层2，参见图4(a)；
所述衬底1为硅衬底(包括进行有掺杂工艺的硅衬底和未进行有掺杂工艺的硅衬底)、SOI衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底中的一种或几种的组合；
所述绝缘层2可通过低压化学气相沉积法和/或原子层积法制备得到，所述绝缘层2的厚度在10nm至1000nm范围内。
优选地，所述绝缘层2是厚度为50nm的氮化硅。
S200：在所述绝缘层2远离所述衬底1的表面生长多晶硅层，对所述多晶硅层进行第一处理形成多晶硅3，如图4(b)所示；
所述第一处理包括：
S210：对所述多晶硅层通过离子注入或扩散工艺进行掺杂，所述离子注入的能量在30KeV至100KeV的范围内，所述离子注入的总剂量在1×1014ions/cm2至1×1018ions/cm2的范围内；
本说明书实施例中，优选地，所述离子注入的能量为80KeV，所述磷离子注入的总剂量为1×1015ions/cm2。
S220：对掺杂后的多晶硅层进行图形化处理，例如：通过光刻和RIE(Reactive IonEtching反应离子刻蚀)，形成多晶硅；经光刻和RIE处理后的所述多晶硅3厚度在10nm至1000nm范围内。
优选地，经第一处理后的多晶硅3的厚度为500nm。
S300：在所述多晶硅3的表面生长牺牲层，得到位于多晶硅3顶部的第一牺牲层41和位于多晶硅3侧壁的第二牺牲层42，如图4(c)所示；
所述牺牲层可通过化学气相沉积法、原子层沉积法、溅射法、蒸发法和热氧化法中一种或几种方法的组合制备得到，所述牺牲层的厚度在1-1000nm范围内，所述第二牺牲层42垂直于所述多晶硅侧壁方向上的厚度与所述空气通道的宽度相等；
优选的，所述牺牲层为通过热氧化法制备得到的二氧化硅，其工艺为1100℃条件下热氧氧化，即使得所述多晶硅3表面(包括其顶部和其四周侧壁)在干燥纯净的氧气气氛、高温下直接与氧反应生成二氧化硅，所述第一牺牲层41和所述第二牺牲层42的厚度为50nm。
通过热氧化法在多晶硅3的表面(尤其是多晶硅3的侧壁)生长出的牺牲层能够对多晶硅有较好的覆盖效果，并且热氧化发生长出的牺牲层也具有较好的均匀性。
S400：在所述绝缘层2的表面生长导电层，对所述导电层进行图形化处理，得到第一导电材料51和第二导电材料52，所述第一导电材料51位于所述第一牺牲层41远离所述多晶硅3的一侧，所述第二导电材料52与所述第二牺牲层42相接触，如图4(d)；
所述导电层可化学气相沉积法、蒸发法、溅射法中的一组或几种的组合制备得到，具体地，可通过光刻形成掩模、再经上述化学气相沉积法、蒸发法、溅射法中的一种或几种的组合、最后再通过Lift off(剥离)工艺去除多余的导电层获得所述第一导电材料51和第二导电材料52，所述导电层的材料为金属、氧化物、二维材料、硅材料中的一种或几种的组合，所述导电层的厚度在10nm至1000nm的范围内。
优选的，所述导电层采用钛材料，最终得到的所述第一导电材料51和第二导电材料52的厚度均为20nm。
此步骤的关键在于，所述第二导电材料52的侧壁需与所述第二牺牲层42的表面相接触。
S500：对所述第一导电材料51和所述第一牺牲层41进行第二处理，在所述多晶硅3的顶部形成第一接触点；所述第一接触点的终点为所述多晶硅3，即所述第一接触点使得多晶硅3的顶面(或其顶面的一部分)裸露。
所述第二处理包括：通过光刻和刻蚀进行图形化处理，去除掉部分的所述第一导电材料51和部分的所述第一牺牲层41，以形成第一接触点，所述第一接触点贯通所述第一导电材料51和所述第一牺牲层41；所述第一导电材料51可通过Lift off工艺去除，所述第一牺牲层41可通过光刻和RIE工艺去除。
需要说明的是，本说明书中并未对所述第一接触点的大小进行限定，即第一接触点的面积可以小于也可以等于多晶硅3的面积。如图4(e)中，去除掉的所述第一导电材料51的面积和去除掉的所述第一牺牲层41的面积均与多晶硅3的面积相等，本领域技术人员可知，这是示例性的，其目的为了便于解释说明本实施例提供的制备工艺。
S600：对所述绝缘层2进行图形化处理形成第二接触点21，所述第二接触点21远离所述多晶硅3；如图4(f)所示，第二接触点21的终点为所述衬底1，即所述第二接触点21使得所述衬底1的一部分裸露出来。
S700：光刻形成掩模并沉积金属层，得到第一极61、第二极62和第三极63；
如图4(g)所示，第一极61与的底部与所述多晶硅3的顶部相接触，所述第三极63与所述衬底相接触；所述绝缘层2和所述第二导电材料52均与所述第二极62相接触，以便第二极与所述第二导电材料52有更好的接触，方便后续施加电压。
所述金属层可通过蒸发或溅射工艺得到，所述金属层的材料可为单一种类金属、多种金属、金属化合物中的一种或几种的组合，所述金属层可为一层金属，也可为粘附层与金属层的组合。
优选地，金属层采用铬和金的组合，铬层为更靠近衬底方向的一层，金层在铬层之上；铬层的厚度为10nm，金层的厚度为100nm。
S800：去除第二牺牲层42形成位于第二导电材料52和所述多晶硅3之间的空气通道，得到平面型空气通道晶体管；所述空气通道的宽度在1nm至1000nm范围内。
需要说明的是，所述第二牺牲层42通过各向同性湿法腐蚀工艺去除，各向同性湿法腐蚀工艺中所采用的腐蚀液对所述第二牺牲层42的材料具有选择性腐蚀，且通过该方法能够完全去除掉所述第二牺牲层42，以使多晶硅3裸露，并使得空气通道的宽度与第二牺牲层42的厚度相等。
较优地，本说明书实施例提供的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，在步骤S100，提供衬底之前，还应当对衬底进行清洁，例如：依次用丙酮、乙醇(或异丙醇)和去离子水对所述衬底进行超声清洁，每次10-20分钟，有机溶剂、去离子水超声能够清洁掉所述临时载片表面脏污；超声清洁完成后，将所述衬底用氮气吹干其表面或放入烘箱中以烘干其表面液体残留。
空气环境中，在第二极62(作用为收集极时)上施加0-10V的正电压，在第一极61(作用为发射极时)上施加0V电压，同时设置第三极63(即栅极)电压分别为0V、0.5V、1.0V，可得到如图5所示的晶体管电流-电压曲线。如图可知，第二极62收集到的电流可被栅极电压调控，具体地，随着栅极电压的增大而减小。
同时，由图6可见，第二极62(收集极)电流和第一极61(发射极)电压在ln(I/V2)-1/V坐标系下，呈现一定线性递减特性，这一特征说明收集到的电流遵循F-N场发射规律，为电子场发射形成的电流。
本说明书实施例提供的一种平面型空气通道晶体管及其制备方法，通过在多晶硅侧壁生长牺牲层将第二导电材料和多晶硅间隔开，在去除掉牺牲层之后，在第二导电材料和多晶硅之间形成等同于牺牲层膜厚的纳米间隙。通过在第一极和第二极分别在第二导电材料和多晶硅上施加具有一定差值的电压，可引发第二导电材料和多晶硅之间的场发射，通过连接衬底的第三电极给衬底施加一定电压，使衬底作为栅极调控所述第二导电材料和多晶硅之间的场发射电流，实现空气通道晶体管功能。
且本说明书实施例提供的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，不需要高精度的光刻工艺，降低了生产制造成本低，有利于提高生成效率、增加实用价值，具有良好的实际应用前景。
实施例2
如图7和图8，本实施例提供一种平面型空气通道晶体管，包括衬底1、绝缘层2、多晶硅3、第一牺牲层41、第一导电材料51、第二导电材料52、第一极61、第二极62和第三极63；
所述绝缘层2位于所述衬底1上，所述多晶硅3和所述第二导电材料52均位于所述绝缘层2远离所述衬底1的一侧，所述第二导电材料52所述多晶硅3之间形成有空气通道；
所述第一导电材料51和所述第一牺牲层41均设置在所述多晶硅3上，所述第一牺牲层41连接所述第一导电材料51和所述多晶硅3，所述第一导电材料51设置有第一接触点，所述第一接触点贯通所述第一牺牲层41，所述第一极61位于所述第一接触点处；
所述绝缘层2设置有第二接触点，所述第三极63位于所述第二接触点处；
所述第二极62设置在所述绝缘层2上，所述绝缘层2和第二导电材料52均与所述第二极62的底部相接触。
本实施例与实施例1的区别在于：本实施例中，所述第二导电材料52和所述第二极62均设置有两个，两个所述第二导电材料52分别设置在所述多晶硅3的两侧，每个第二导电材料52均分别有一个所述第二极62与之相接触。
在实际使用中，可根据需要，将两个第二极62单独使用，也可以将两个所述第二极串联使用。
本说明书实施例提供的平面型空气通道晶体管的制备方法，与实施例1中的制备方法相似，区别仅在于：
步骤S400：在所述绝缘层2的表面生长导电层，并对所述导电层进行图形化处理，得到第一导电材料51和第二导电材料52。其中图形化处理后得到的第二导电材料52有两个，且分别位于所述多晶硅3的两侧，且两个所述第二导电材料52分别与所述第二牺牲层42相接触。
以及步骤S700：光刻形成掩模并沉积金属层，得到第一极61、第二极62和第三极63中，得到的第二极62也有两个，每个所述第二极62分别与两个第二导电材料52中的一个相接触。
本实施例与实施例1的其他相同相似之处参照实施例1即可，此处不再一一赘述。
本实施例提供的一种平面型空气通道晶体管，在多晶硅和导电材料之间形成一道牺牲层，去除牺牲层后，在多晶硅和导电材料之间形成纳米级的空气间隙。再将多晶硅构成发射极和收集极中的一个、将第二导电材料构成发射极和收集极中的另一个，衬底构成背部栅极，可实现空气通道晶体管功能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
并且，在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。

Claims (12)

1.一种平面型空气通道晶体管，其特征在于，包括：衬底(1)、绝缘层(2)、多晶硅(3)、第一牺牲层(41)、第一导电材料(51)、第二导电材料(52)、第一极(61)、第二极(62)和第三极(63)；
所述绝缘层(2)位于所述衬底(1)上，所述多晶硅(3)和所述第二导电材料(52)均位于所述绝缘层(2)远离所述衬底(1)的一侧，所述第二导电材料(52)所述多晶硅(3)之间形成有空气通道；
所述第一导电材料(51)和所述第一牺牲层(41)均设置在所述多晶硅(3)上，所述第一导电材料(51)设置在所述第一牺牲层(41)远离所述衬底(1)的一侧，所述第一导电材料(51)设置有第一接触点，所述第一接触点贯通所述第一牺牲层(41)，所述第一极(61)位于所述第一接触点处；
所述绝缘层(2)设置有第二接触点，所述第三极(63)位于所述第二接触点处；
所述第二极(62)设置在所述绝缘层(2)上，所述绝缘层(2)和第二导电材料(52)均与所述第二极(62)的底部相接触。
2.根据权利要求1所述的一种平面型空气通道晶体管，其特征在于，所述第一极(61)为发射极，所述第二极(62)收集极，所述第三极(63)为栅电极或，
所述第一极(61)为收集极，所述第二极(62)发射极，所述第三极(63)为栅电极。
3.根据权利要求1所述的一种平面型空气通道晶体管，其特征在于，所述衬底(1)为硅衬底、SOI衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、砷化镓衬底中的一种或几种的组合。
4.根据权利要求1所述一种平面型空气通道晶体管，其特征在于，所述第三极(63)的底部与所述衬底的顶部相接触，所述第二极(62)的底部与所述绝缘层(2)的顶部相接触，所述第一极(61)的底部与所述多晶硅(3)的顶部相接触。
5.一种如权利要求1至4任意一项所述的平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供衬底(1)，在所述衬底(1)的表面形成绝缘层(2)；
在所述绝缘层(2)远离所述衬底(1)的表面生长多晶硅层，对所述多晶硅层进行第一处理形成多晶硅(3)；
在所述多晶硅(3)的表面生长牺牲层，得到位于多晶硅(3)顶部的第一牺牲层(41)和位于多晶硅(3)侧壁的第二牺牲层(42)；
在所述绝缘层(2)的表面生长导电层，对所述导电层进行图形化处理得到第一导电材料(51)和第二导电材料(52)，所述第一导电材料(51)位于所述第一牺牲层(41)远离所述多晶硅(3)的一侧，所述第二导电材料(52)与所述第二牺牲层(42)相接触；
对所述第一导电材料(51)和所述第一牺牲层(41)进行第二处理，在所述多晶硅(3)的顶部形成第一接触点；
对所述绝缘层(2)进行图形化处理形成第二接触点(21)，所述第二接触点(21)远离所述多晶硅(3)；
光刻形成掩模并沉积金属层，得到第一极(61)、第二极(62)和第三极(63)；
去除第二牺牲层(42)形成位于第二导电材料(52)和所述多晶硅(3)之间的空气通道，得到平面型空气通道晶体管。
6.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述绝缘层(2)通过化学气相沉积法、原子层沉积法中的一种或其组合制备得到，所述绝缘层(2)的厚度在10nm至1000nm范围内。
7.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述第一处理包括：对所述多晶硅层通过离子注入或扩散工艺进行掺杂，对掺杂后的多晶硅层进行光刻和反应离子刻蚀图形化处理形成多晶硅(3)。
8.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述牺牲层可通过热氧化法、化学气相沉积法、原子层沉积法中的一或几种的组合制备得到，所述第二牺牲层(42)在垂直于所述多晶硅(3)侧壁方向上的厚度与所述空气通道的宽度相等。
9.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述第二处理包括：通过光刻和离子刻蚀工艺，去除至少部分的所述第一牺牲层(41)和至少部分所述第一导电材料(51)，以在所述多晶硅(3)的顶部形成第一接触点。
10.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述导电层通过化学气相沉积法、蒸发法、溅射法中的一种或几种的组合制备得到，所述导电层的材料为金属、氧化物、二维材料、硅材料中的一种或几种的组合，所述导电层的厚度在10nm至1000nm的范围内。
11.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述金属层通过溅射或蒸发工艺制备，所述金属层的材料可为单一种类金属、多种金属、金属化合物中的一种或多种的组合，所述金属层可为一层金属，也可为粘附层与多层金属的组合。
12.根据权利要求5所述的一种平面型空气通道晶体管的制备方法，其特征在于，所述去除第二牺牲层(42)形成位于第二导电材料(52)和所述多晶硅(3)之间的空气通道，包括：
通过各向同性湿法腐蚀工艺去除所述第二牺牲层(42)，各向同性湿法腐蚀工艺中所采用的腐蚀液对所述第二牺牲层(42)的材料具有选择性腐蚀。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310873A (zh) * 2019-06-25 2019-10-08 东南大学 一种扩展栅极结构的垂直型纳米间隙真空晶体管及其制备方法
CN110797407A (zh) * 2019-10-21 2020-02-14 上海集成电路研发中心有限公司 一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法
CN110797400A (zh) * 2019-10-08 2020-02-14 上海集成电路研发中心有限公司 一种空气隙晶体管结构及其制造方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9853163B2 (en) * 2015-09-30 2017-12-26 Stmicroelectronics, Inc. Gate all around vacuum channel transistor
US10014370B1 (en) * 2017-04-19 2018-07-03 Globalfoundries Inc. Air gap adjacent a bottom source/drain region of vertical transistor device
US10347456B1 (en) * 2018-06-11 2019-07-09 International Business Machines Corporation Vertical vacuum channel transistor with minimized air gap between tip and gate
US10886378B2 (en) * 2019-01-02 2021-01-05 Globalfoundries Inc. Method of forming air-gap spacers and gate contact over active region and the resulting device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110310873A (zh) * 2019-06-25 2019-10-08 东南大学 一种扩展栅极结构的垂直型纳米间隙真空晶体管及其制备方法
CN110797400A (zh) * 2019-10-08 2020-02-14 上海集成电路研发中心有限公司 一种空气隙晶体管结构及其制造方法
CN110797407A (zh) * 2019-10-21 2020-02-14 上海集成电路研发中心有限公司 一种空气隙晶体管器件结构及其制造方法

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