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在氫氧化銨溶液中，使用各向異性硅蝕刻技術(shù)，在SOI晶片上制備了無(wú)連結(jié)fet(JL-FET)器件，以O2/N2電子回旋共振(ECR)等離子體作為柵極介質(zhì)生長(zhǎng)氮氧化硅，以反應(yīng)性濺射作為柵極金屬沉積硝化鈦，利用掃描電鏡成像和電學(xué)測(cè)量方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，最終得到的硅通道厚度為65nm，器件的電性能與預(yù)期一致。
通常在幾納米內(nèi)從1020個(gè)原子/cm3p型摻雜劑到1020個(gè)原子/cm3n型摻雜劑，相比之下，JLFET器件在整個(gè)器件中具有相同的摻雜濃度，從而降低了摻雜劑的擴(kuò)散速率，除了使用標(biāo)準(zhǔn)的熱退火和更少的離子注入步驟可以降低制造成本外，JL-FET也因其性能而脫穎而出，電流密度通過(guò)襯底[1]的厚度分布，參與電流的載流子為大多數(shù)類型，并且一些電荷散射現(xiàn)象可以通過(guò)極化柵在平帶條件來(lái)減輕，這允許給定器件的更大電流。
在高頻緩沖溶液中，使用濕式氧化和氧化硅蝕刻法將襯底變薄到約200nm，然后將晶片在50keV下離子注入磷，劑量為1013個(gè)原子/cm2，摻雜劑活化在1000°C的常規(guī)烤箱中惰性氣體中進(jìn)行30分鐘，這一離子注入步驟的計(jì)劃比通常劑量低，因?yàn)檩^低濃度的摻雜雜質(zhì)會(huì)導(dǎo)致更寬的耗盡區(qū)域，通過(guò)犧牲一些電接觸質(zhì)量，在模擬步驟中只在25nm中觀察到的晶體管行為，以及在更薄的器件中，即使在75nm厚的器件上也可以觀察到，通過(guò)光刻技術(shù)確定了活性區(qū)域。
通過(guò)ECR等離子體培養(yǎng)氧化硅硬掩模，并在HF緩沖溶液中蝕刻，然后在氫氧化銨溶液中進(jìn)行各向異性硅蝕刻，持續(xù)40秒，采用掃描電鏡成像技術(shù)證實(shí)了濕式蝕刻過(guò)程，柵極氧化物是通過(guò)o2/n2ECR等離子體生長(zhǎng)的氮氧化硅，柵金屬由光刻和升降機(jī)定義，由濺射氮化鈦制成，用光刻法和高頻溶液蝕刻法對(duì)覆蓋漏極和源區(qū)的氧化物進(jìn)行蝕刻，用濺射法沉積金屬墊片，最終退火分5分鐘進(jìn)行，在450°C的常規(guī)烘爐上形成氣體(H2)。
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每個(gè)退火步驟后，在Keithley證明上測(cè)量裝置I-V曲線，通過(guò)退火和電測(cè)量，使用Ga+聚焦離子束磨削和掃描電鏡成像提取橫截面圖像，圖1清楚地顯示了預(yù)期的幾何結(jié)構(gòu)，使用圖像編輯所進(jìn)行的測(cè)量，軟件結(jié)果表明，氫氧化銨溶液濕蝕刻后的通道厚度約為65nm，通道壁在（100）和（111）晶體平面之間的特征角約為57度，圓形邊緣是在各向異性蝕刻過(guò)程中出現(xiàn)的元穩(wěn)定（311）平面的結(jié)果，這些結(jié)果表明，在氫氧化銨溶液中使用硅濕蝕刻確實(shí)可以令人滿意地減薄通道厚度。
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圖1
每個(gè)退火步驟后進(jìn)行的電測(cè)量取得了不同程度的成功，顯示最佳接觸質(zhì)量和晶體管行為的測(cè)量是退火20分鐘后的測(cè)量，與預(yù)期的那樣，大多數(shù)測(cè)量結(jié)果顯示柵極電壓對(duì)電流的影響減弱，如圖所示2，這是因?yàn)樵?5nm通道厚度時(shí)，由柵極引起的耗盡區(qū)域不夠?qū)?，不足以耗盡每個(gè)載流子，器件的閾值電壓變得非常負(fù)，并且器件在大多數(shù)VDS范圍內(nèi)作為門控電阻。在電觸點(diǎn)質(zhì)量較低，像肖特基二極管，扭曲了I-V測(cè)量，這是因?yàn)榇蠹s1017個(gè)原子/cm3的最終摻雜濃度在源和漏極區(qū)域不夠高，無(wú)法保持歐姆接觸。
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圖2
盡管由于其負(fù)閾值電壓而不能作為開關(guān)，但IDxVDS結(jié)果表明發(fā)生了晶體管行為和低柵極漏電流，所制備的器件具有明確的三極管和飽和區(qū)域的晶體管行為，但不能實(shí)現(xiàn)截止。對(duì)氫氧化銨濕式蝕刻過(guò)程的進(jìn)一步調(diào)整可能導(dǎo)致JL-FET設(shè)備的電氣性能可與最先進(jìn)的增強(qiáng)型MOSFET設(shè)備相媲美，因此，本研究證明了氫氧化銨溶液中的各向異性硅刻蝕是一種制薄硅基JL-FET器件通道襯底的可行技術(shù)。