具有隔离层的半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及一种半导体器件，该半导体器件设置在半导体本体（１）中，并且包括至少一个源区（４）和至少一个漏区（５），每一个都具有第一导电类型，和至少一个具有第二导电类型的设置在源区（４）和漏区（５）之间的本体区（８），以及至少一个通过隔离层（９）与半导体本体（１）隔离的栅电极（１０）。所述隔离层（９）包括可极化颗粒，该可极化颗粒由纳米颗粒绝缘核和由可极化阴离子或可极化阳离子构成的壳组成。隔离层（９）显示出高介电常数ε。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种半导体器件，该半导体器件设置在半导体本体中，并且包括至少一个源区和至少一个漏区，其中每一个都具有第一导电类型，和至少一个具有第二导电类型的设置在源区和漏区之间的本体区，以及至少一个通过隔离层与半导体本体隔离的栅电极。具有晶体管功能的器件可在许多实施例中已知。这些实施例的其中之一是一种被称为场效应晶体管(FET)的类型的晶体管。就场效应晶体管来说，在与源区和漏区接触的电沟道中的电荷载流子密度通过将电压施加到控制电极(栅电极)而被改变。控制电极可借助阻塞pn-结(J-FET)或借助绝缘层(通常是SiO2或金属氧化物)(MOSFET)与沟道分开。就MOSFET来说，导电沟道是在栅电极下由渐增的负栅压感应产生的。电子器件发展的显著特征是趋于微型化。就微型化的场效应晶体管来说，绝缘层(栅氧化物)的层厚也是按比例缩小的。然而，如果层厚太小，则漏电流急剧地增加，因此器件的功能会受到不利影响。然而由于在隔离层中现今通常所用的材料的极化率不足够高，因此不可能使用较厚的隔离层。因此，本专利技术的目的是提供一种改进的具有隔离层的半导体器件，其包括具有高极化率的材料。借助一种半导体器件可以实现该目的，该半导体器件设置在半导体本体中，并且其包括至少一个源区和至少一个漏区，其中每一个都具有第一导电类型，和至少一个具有第二导电类型的设置在源区和漏区之间的本体区，以及至少一个通过隔离层与半导体本体隔离的栅电极，所述隔离层包括可极化颗粒，其中每一个颗粒都具有纳米颗粒核并且纳米颗粒核的表面用可极化离子改性。用可极化离子改性纳米颗粒的表面总的来说会产生所述纳米颗粒的高极化率。具有上述可极化颗粒的隔离层显示出增加的介电常数。根据所述隔离层的增加的介电常数，半导体器件，尤其是场效应晶体管可被制造，其中就半导体器件的微型化而论，总的来说隔离层的层厚一点也不会减少或减少与半导体器件的整个微型化相比较小的程度，而不会减少在与本体区的界面处感应的电荷的密度。这些半导体器件可在低栅压下工作。如权利要求2所述的有利地被选择的离子是大的、具有易于变形的分散电子壳(diffuse electron sheath)的多数为多电荷的阴离子。如权利要求3所述的有利地被选择的离子是具有易于变形的分散电子壳的阳离子。如权利要求4和5所述的有利地被选择的材料是部分地具有ε＞20的高介电常数的绝缘材料。参考下文描述的实施例，本专利技术的这些和其它特征将显而易见并将被阐明。在附图中附图说明图1是MOS场效应晶体管结构的截面图，以及图2用图解法示出了根据本专利技术的可极化颗粒，其包括纳米颗粒核和在纳米颗粒核的表面处的可极化阴离子。图1用图解法示出了MOSFET的结构。半导体本体1，例如硅，GaAs，SiC，GaN或InP，包括第一表面2(片的前侧)和第二表面3(片的后侧)。重n-掺杂源区4和与其隔开的重n-掺杂漏区5设置在第一表面2内。在该MOSFET的实施例中，第一导电类型是n-型，第二导电类型是p-型，从而得到n-沟道MOSFET。原则上，可互换n掺杂和p掺杂，因此得到p-沟道MOSFET。作为p-导电区使用的掺杂原子可由例如硼组成，以及作为n-导电区使用的掺杂原子可由例如磷，砷或锑组成。源区4通过源极金属化6(源电极)被导电地接触，漏区5通过漏极金属化7(漏电极)被导电地接触。p导电本体区8设置在源区4和漏区5之间。栅电极10(控制电极)设置在部分本体区8到达第一表面2的区域处，该栅电极借助隔离层9与半导体本体1隔离。栅电极10，源电极6和漏电极7分别与栅极连接G，源极连接S和漏极连接D连接，在第一表面2处被隔开，并且借助于钝化层例如场氧化物(图1中未示出)从外部隔离。栅电极10，源电极6和漏电极7可包括例如以下材料Al，Au-Sb，Ni-Ge，Au-Ni-Ge，Ni-Ag-Ge，Ni-Pd-Ge，Ni-Pt-Ge，Ni-In-Ge，Ti，Al-Ti，Al-Ti-Al，Ni，Ti-Au或Pd-Au。在各个情况下，材料的选择尤其取决于所用的半导体材料和掺杂类型。如果无电压或负电压施加到栅电极10上，那么由于两个pn-结的其中之一被持续地反向偏置，因此对于两种极性来说装置都会阻碍从源区4流入漏区5的电流。如果正电压施加到栅电极10上，那么在与隔离层9的界面处感应会引起负电荷载流子在本体区8中积累，从而薄的n-导电沟道形成。由于导电类型可从p变换为n，因此该层也被称为反型层。从而，电流在源区4和漏区5之间流动成为可能。隔离层包含可极化颗粒，其中每一个颗粒都包括纳米颗粒核，该纳米颗粒核的表面用可极化离子改性。所述纳米颗粒核优选包括绝缘金属氧化物。所述纳米颗粒核包括例如从包括HfO2，ZrO2，Ta2O5和BaTiO3的组中选择的材料。尤其优选地，纳米颗粒核包括ZrO2或HfO2，因为这些材料具有高介电常数ε。纳米颗粒核的颗粒直径优选≤250nm。颗粒直径尤其优选≤100nm。隔离层9可包括具有近似相等的颗粒直径的纳米颗粒核。或者，隔离层9可包括具有很不相同的颗粒直径的纳米颗粒核。就后者来说，在隔离层9中可得到高堆积密度，其会产生隔离层9的好的绝缘特性。可极化离子可以是阴离子或阳离子。可极化阴离子是大的、具有易于变形的分散电子壳的多数为多电荷的阴离子。尤其是具有高电荷密度的阴离子是合适的。可极化阴离子优选从包括NO3-，SO42-，ClO4-，I-，SCN-，S2O32-，BrO3-，ClO3-，P2O72-，Si2O72-，SiO4-和BO3-的组中选择。尤其优选地，可极化阴离子是高度荷电的氧化物簇，例如P2O72-，Si2O72-，SiO4-和BO3-。可极化阳离子是例如(C6H5)C+或(CH3)3C+。尤其是具有芳香烃取代的阳离子是合适的。阳离子借助表面处的离子与纳米颗粒配位。图2用图解的方法示出了包括ZrO2纳米颗粒核和在纳米颗粒核表面处的可极化硫代硫酸盐阴离子的可极化颗粒。具有包括纳米颗粒核和在表面处的阴离子的可极化颗粒的隔离层9可另外包括小的硬阳离子例如Li+，Na+，K+或H3O+。这些小的阳离子会使阴离子的分散电子壳产生很大的变形。为制造可极化颗粒，首先制造包含金属氧化物的纳米颗粒核。所述纳米颗粒核可用合成法制造，该方法可用于制造纳米颗粒复合半导体，即所称的量子点。这样，包含金属氧化物的纳米颗粒核可在高温下例如通过有机金属前驱物在例如十六胺(HAD)，三辛基氧化膦(TOPO)或三辛基膦(TOP)的调配溶剂(coordinating solvent)中的热解而被制造。纳米颗粒核的颗粒直径可由调配溶剂控制。或者纳米颗粒核可用其它方法制造，例如溶胶-凝胶法或微乳剂法。合适的合成法的选择由纳米颗粒核的材料决定。接着，稳定配体用例如可极化阴离子取代。为此，纳米颗粒核被引入到在其中它们不溶解的溶剂中。然后，沉淀的纳米颗粒核被引入到在其中它们溶解的例如水，乙醇或水-乙醇的混合物的溶剂中，而所述溶剂还包括高浓度的可极化阴离子。由于纳米颗粒核和可极化阴离子之间的高亲合力，稳定配体用可极化阴离子取代。包括可极化颗粒的悬浮液被得到。或者，可极化颗粒也可以通过在存在可极化阴离子的情况下合成包含金属氧化物的纳米颗粒核被直接制造。通过添加适当的金属，例如Ba2+和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其设置在半导体本体（１）中，并且包括至少一个源区（４）和至少一个漏区（５），每一个具有第一导电类型，和至少一个具有第二导电类型的设置在源区（４）和漏区（５）之间的本体区（８），以及至少一个通过隔离层（９）与半导体本体（１）隔离的栅电极（１０），所述隔离层（９）包括可极化颗粒，其每一个颗粒具有其表面用可极化离子改性的纳米颗粒核。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】EP 2003-3-17 03100662.01.一种半导体器件，其设置在半导体本体(1)中，并且包括至少一个源区(4)和至少一个漏区(5)，每一个具有第一导电类型，和至少一个具有第二导电类型的设置在源区(4)和漏区(5)之间的本体区(8)，以及至少一个通过隔离层(9)与半导体本体(1)隔离的栅电极(10)，所述隔离层(9)包括可极化颗粒，其每一个颗粒具有其表面用可极化离子改性的纳米颗粒核。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：CR龙达，SP格拉博斯基，
申请(专利权)人：NXP股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]