一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法

專利名稱：一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法
技術領域：
本發明涉及化合物半導體器件技術領域，具體涉及一種ZnO背柵納米線場 效應管的制備方法。
背景技術：
在各種由ZnO納米線構成的一維納米線器件中，ZnO納米線場效應晶體 管由于其獨特的性能，近幾年來受到了國際上廣泛的關注。ZnO納米線場效應 晶體管(ZnONWFET)是一種利用ZnO納米線作為溝道來實現的場效應管， 其特征是采用新型MOSFET結構，ZnO納米線與柵氧和金屬形成金屬-氧化 物-半導體結構。這種結構的場效應晶體管在壓電效應，光學效應，電磁，化學
學傳感等方面均有潛在的廣泛應用。在這其中，由于ZnO納米線具有纟艮高的表 面積/體積比，制作成功的ZnO納米線場效應晶體管還可纟皮廣泛用于氣體探測 上，特別是有害氣體的探測，如CO、 NH3等，通過監測場效應晶體管跨導的 變化可以檢測出化學氣體的組成及濃度，并且，檢測完成后可通過控制器件柵 壓的變化來排出有毒氣體元素，具有可恢復化學傳感器的功能。發展前景遠大。 與目前常規的Sn02傳感器相比，ZnO納米線場效應晶體管用作化學傳感 器時具有尺寸小，成本低，可恢復性等一系列優點，而且，Sn02傳感器的檢測 原理是通過監測氣體在多孔氣敏元件上時電阻的變化來實現探測功能，這種類 型的傳感器最適合檢測低濃度有毒氣體，在氣體濃度較高并不適合；而ZnO納 米線場效應晶體管是采用監測器件電導的變化來監測有毒氣體，這使得在高濃 度下ZnO納米線場效應晶體管成為一種極佳的選擇，具有成為下一代化學傳感 器的潛質。有鑒與此，進行ZnO納米線場效應晶體管的研制工作是非常有必要的。
盡管，ZnO納米線場效應晶體管在傳感器方面具有強大潛力，已經得到了 廣泛的關注，但仍有很多問題亟待解決。其中最重要的就是關鍵工藝的突破， 眾所周知，ZnO納米線場效應晶體管是一種利用ZnO納米線作為溝道來實現的 場效應管，在納米級的溝道情況下，其制備工藝與常規的場效應晶體管不同， 納米線從本征襯底到器件襯底上的沉積和定位工作，以及源漏金屬與納米線溝 道形成歐姆接觸等都是制約ZnO納米線器件實現傳感器應用的方面。并且，納 米線的輸運機制未能得到很好的模擬，無法對器件結構進行優化，從而無法對 器件工藝進行有效的指導作用。

發明內容
本發明的主要目的在于提供一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，以 實現ZnO背柵納米線場效應管的制作。
為達到上述目的，本發明的技術方案為 一種ZnO背^H內米線場效應管的 制備方法，其制備方法步驟如下
(1)在P++型Si襯底上生長Si02介質層，涂膠、前烘，活性離子蝕刻打 底膠，采用十字或凹槽版對襯底進行光刻。
(2 )把原生長ZnO納米線與襯底放在乙醇中經過超聲波降解，降解后ZnO 納米線大部分從原玻璃襯底脫離并分散在乙醇溶液中，采用滴管實現ZnO納米 線到場效應晶體管襯底的沉積；
(3 )然后在沉積有ZnO納米線的襯底上涂一層5214光刻膠，勻膠時轉速 為2500轉/分，涂得膠厚為1.9|am,然后進行后續源漏制備，蒸發金屬Ti/Au, 其中Ti的厚度為300A， Au的厚度為6000A，并使之與ZnO納米線形成良好 的歐姆接觸電極； (4) 涂膠，涂5214反轉膠，勻膠時轉速為3500r/min,涂得膠厚為L6pm， 光刻，反轉60s，泛曝20s,顯影55s，觀測柵線條清晰，直接濺射20nmAl203， 常規丙酮剝離形成柵氧；
(5) 利用在P—型Si襯底作為器件柵極。將器件倒置，在P—型Si襯底上 蒸發金屬Ti/Au,其中Ti厚度為300A， Au厚度為IOOOA,形成背柵電極金屬， 使之與P—型Si襯底共同構成ZnO納米線場效應管的柵極。
上述步驟(1)中Si02介質層的厚度為2000 A 4000A。
上述步驟(1)中涂膠為涂正膠5214,勻膠時轉速為3500轉/分，涂得膠 厚為1.6拜。
上述步驟(1)中前烘為在100。C下烘60秒。
上述步驟(2)中ZnO納米線寬〈lnm，長〉30pm，長寬比大于30: 1。 與現有技術相比，本發明具有以下有益效果
1、 本發明實現了 ZnO納米線從原玻璃襯底到場效應管襯底的沉積和定位, 解決了 ZnO納米線上沉積到器件村底后的雜亂排列的問題。為多種納米線器件 制備奠定了基礎。
2、 本發明用常規濺射丙酮剝離的方法形成八1203柵氧，成本較低。
3、 本發明工藝簡單易行，節約了成本。
4、 本發明結合常規的場效應晶體管制備機制，制定出一套實現ZnO納米 線場效應晶體管的方法，實現了納米線到襯底的沉積和定位，為下一步的ZnO 化學傳感器制備奠定基礎。


圖1為本發明所使用的ZnO納米線圖片。 圖2為本發明制備的工藝器件剖面圖。
圖3為本發明柵氧制作示意圖。 附圖標記
101—P"型Si4十底，102—ZnO納米線，103—對冊氧，104—Ti/Au, 105—Si02介質層，106—背柵電極金屬。
具體實施例方式
下面結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。 本發明提供一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其制備方法步驟如
下
(1)在P"型Si襯底101上生長Si02介質層105,涂膠、前烘，RIE打底 膠，采用十字或凹槽版對襯底進行光刻；
所述Si02介質層105的厚度為2000-4000A;所述涂膠為涂正膠5214,勻 膠時轉速為3500轉/分，涂得膠厚為1.6pm;所述前烘為在IO(TC下烘60秒；
(2 )把原生長ZnO納米線102與襯底放在乙醇中經過超聲波降解，降解 后ZnO納米線102大部分從原玻璃襯底脫離并分散在乙醇溶液中,采用滴管實 現ZnO納米線到場效應晶體管襯底的沉積；
所述ZnO納米線102寬〈l^im,長〉30pm,長寬比大于30: 1。 (3 )在沉積有ZnO納米線102的襯底上涂一層5214光刻膠，勻膠時轉速 為2500轉/分，涂得膠厚為1.9pm，進行后續源漏制備，蒸發金屬Ti/Au 104, 其中Ti的厚度為300A， Au的厚度為6000A,并使之與ZnO納米線102形成 歐姆接觸電極；
(4)涂膠，涂5214反轉膠，勻膠時轉速為3500r/min,涂得膠厚為1.6pm, 光刻，反轉60s,泛曝20s,顯影55s,觀測柵線條清晰，直接濺射20nmAl203, 常規丙酮剝離形成柵氧103;(5 )在P"型Si襯底101作為器件柵極。將器件倒置，在P^型Si襯底上 蒸發金屬Ti/Au,其中Ti厚度為300A， Au厚度為IOOOA,形成背柵電極金屬 106，使之與P"型Si襯底共同構成ZnO納米線場效應管的4冊極。
參見圖1,圖1為本發明所使用的ZnO納米線所做的掃描電鏡圖片，由圖
可以看出該ZnO納米線的直徑在lum之下，約為幾百納米。符合制作背柵ZnO
納米線場效應晶體管的要求。
參見圖2,圖2為本發明制備的工藝器件示意圖的剖面圖。通過該剖面圖 可以看出背柵ZnO納米線場效應晶體管的基本結構，以及構成該ZnO納米線 場效應晶體管各層的成分。
參見圖3,圖3為本發明柵氧制作示意圖。在前期工序完成的基礎上涂膠、 光刻，然后直接濺射八1203，最后使用常規的丙酮剝離。
以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進 一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不 用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、 改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1、一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其特征在于:其制備方法步驟如下:(1)在P++型Si襯底上生長SiO2介質層，涂膠、前烘，活性離子蝕刻打底膠，采用十字或凹槽版對襯底進行光刻；(2)把原生長ZnO納米線與襯底放在乙醇中經過超聲波降解，降解后ZnO納米線大部分從原玻璃襯底脫離并分散在乙醇溶液中，采用滴管實現ZnO納米線到場效應晶體管襯底的沉積；(3)然后在沉積有ZnO納米線的襯底上涂一層5214反轉膠，勻膠時轉速為2500轉/分，涂得膠厚為1.9μm，然后進行后續源漏制備，蒸發金屬Ti/Au，其中Ti的厚度為，Au的厚度為，并使之與ZnO納米線形成良好的歐姆接觸電極；(4)涂膠，涂5214反轉膠，勻膠時轉速為3500r/min，涂得膠厚為1.6μm，光刻，反轉60s，泛曝20s，顯影55s，觀測柵線條清晰，直接濺射20nmAl2O3，常規丙酮剝離形成柵氧；(5)利用在P++型Si襯底作為器件柵極，將器件倒置，在P++型Si襯底上蒸發金屬Ti/Au，其中Ti的厚度為，Au的厚度為，形成背柵電極金屬，使之與P++型Si襯底共同構成ZnO納米線場效應管的柵極。
2、 根據權利要求1所述的一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其 特征在于所述步驟(1 )中SiCb介質層的厚度為2000~4000人。
3、 根據權利要求1所述的一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其 特征在于所述步驟(1)中涂膠為涂正膠5214，勻膠時轉速為3500轉/分， 涂得膠厚為1.6pm。
4、 根據權利要求1所述的一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其 特征在于所述步驟(1 )中前烘為在100。C下烘60秒。
5、 根據權利要求1所述的一種ZnO背柵納米線場效應管的制備方法，其 特征在于所述步驟(2)中ZnO納米線寬〈lpm,長〉30jim,長寬比大于30: 1。
全文摘要
本發明涉及化合物半導體器件技術領域，具體涉及一種背柵ZnO納米線場效應管的制備方法。本發明采用ZnO納米線作為場效應晶體管溝道，采用凹槽和十字兩種方法實現納米線到器件襯底的沉積和定位，采用Ti/Au與ZnO溝道形成歐姆接觸，常規Liff-off的方法濺射形成Al₂O₃柵氧，利用P⁺⁺型Si襯底作為場效應管背柵。本發明具有成效明顯，工藝簡單易行，經濟適用和可靠性強的優點，容易在微波、毫米波化合物半導體器件及傳感器的制作中采用和推廣。
文檔編號H01L21/336GK101383291SQ20081022335
公開日2009年3月11日 申請日期2008年9月26日 優先權日2008年9月26日
發明者付曉君, 張海英, 徐靜波, 明 黎 申請人:中國科學院微電子研究所