具有選擇性摻雜間隔的全包圍柵極碳納米管晶體管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開涉及半導(dǎo)體器件，特別是碳納米管晶體管以及制造碳納米管晶體管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CNT FETs)通過縮放至亞10納米(nm)機(jī)制的溝道長(zhǎng)度能夠提供低電壓性能。在高度集成數(shù)字應(yīng)用中的CNTFETs中采用自對(duì)準(zhǔn)柵極結(jié)構(gòu)。當(dāng)為該種數(shù)字應(yīng)用考慮CNT FETs時(shí)，能夠獲得盡可能低的用于在開關(guān)狀態(tài)間切換的電壓是有用的。操作電壓的降低能夠改善用于該種應(yīng)用的CNT FET的質(zhì)量及適用性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，制造半導(dǎo)體器件的方法包括:在襯底上形成碳納米管；移除襯底部分以在所述碳納米管的一段之下形成凹陷；在所述凹陷中施加摻雜的材料以制造所述半導(dǎo)體器件。
[0004]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種制造晶體管的方法，包括:在襯底上形成碳納米管材料；在所述襯底上形成一個(gè)或多個(gè)接觸以在所述一個(gè)或多個(gè)接觸之間定義間隙；移除在所述間隙中的襯底部分；在所述間隙中施加摻雜的材料以制造所述晶體管。
[0005]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，一種制造自對(duì)準(zhǔn)碳納米管晶體管的方法，包括:在襯底上形成碳納米管；在所述襯底上形成位于所述碳納米管上方的源極接觸；在所述襯底上形成位于所述碳納米管上方的漏極接觸，其中所述漏極接觸與所述源極接觸通過間隙隔開；移除在所述間隙中的襯底部分，所述間隙位于所述源極接觸與所述漏極接觸之間；在所述間隙中施加摻雜的材料以制造所述自對(duì)準(zhǔn)的碳納米管晶體管。
[0006]通過本公開中的技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)附加的特征和優(yōu)勢(shì)。本公開的其它實(shí)施例以及方面在本文中進(jìn)行了詳細(xì)的描述，并被當(dāng)作請(qǐng)求權(quán)利的公開的一部分。為了更好的理解本公開的優(yōu)勢(shì)和特征，可參看說明書描述以及附圖。
【附圖說明】
[0007]在說明書的結(jié)尾部分特別指明了所認(rèn)為的本公開的主題，并在權(quán)利要求書部分清楚的對(duì)其要求了權(quán)利。通過后面結(jié)合了附圖的詳細(xì)描述，能夠清楚的了解上述特征、其它特征，以及本公開的優(yōu)勢(shì)。
[0008]圖1示出在示范性的CNT FET的初始生產(chǎn)階段在襯底的選定位置放置的碳納米管；
[0009]圖2示出在第二生產(chǎn)階段形成在硅襯底之上的第一接觸以及第二接觸；
[0010]圖3示出了在襯底的硅層中形成的凹陷；
[0011]圖4示出了沉積間隔材料的涂敷階段；
[0012]圖5示出高k電介質(zhì)沉積階段；
[0013]圖6示出了柵極沉積階段；
[0014]圖7示出了采用本公開示范性方法制造的示范性的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管；
[0015]圖8示出部分金屬柵極被移除的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管的替代實(shí)施例；
[0016]圖9示出說明了本文所公開的CNT FET的示范性的方法的流程圖；以及
[0017]圖10示出摻雜CNT FET的間隔材料時(shí)所具有的在漏極電流與柵極-源極電壓關(guān)系曲線圖上的效果。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1-6示出了本公開中示范性半導(dǎo)體器件的生產(chǎn)或制造的多個(gè)階段。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件是具有摻雜的柵極區(qū)域的碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管(CNT FET)。作為在柵極形成之前沉積源極和漏極接觸并對(duì)于沉積的源極和漏極接觸形成柵極的結(jié)果，通過本文公開的示范性的制造CNT FET的方法能夠產(chǎn)生自對(duì)準(zhǔn)的CNT FETo該源極和漏極接觸可用作與柵極形成中所使用的蝕刻劑有關(guān)的掩模，并且提供定義該柵極區(qū)域的至少一個(gè)尺寸的各向異性蝕刻(anisotropic etching)。此外，該柵極區(qū)域包括在源極和漏極接觸之間延伸的碳納米管橋。在柵極區(qū)域沉積間隔材料和/或高k介電質(zhì)的結(jié)構(gòu)以摻雜該柵極區(qū)域。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，只提供了摻雜的間隔材料(spacer material)。該柵極材料可被沉積在柵極區(qū)域以周邊地圍繞該CNT橋。
[0019]圖1示出在示范性的CNT FET的初始生產(chǎn)階段，在襯底的選定位置放置的碳納米管102。在這個(gè)示范性實(shí)施例中，襯底可以是絕緣體上娃(silicon-on-1nsulator，SOI)晶片，包括位于例如為BOX(掩埋氧化物)層106(可以包括二氧化硅)的絕緣層的頂部的頂層或硅層104。用作晶體管器件溝道的碳納米管102沉積在硅層104的表面130上。在多種實(shí)施例中，碳納米管102是半導(dǎo)體材料。
[0020]圖2示出在第二生產(chǎn)階段形成在硅襯底104之上的第一接觸108以及第二接觸110。第一接觸108和第二接觸110兩者都可沉積在襯底上以覆蓋位于接觸和襯底104之間的碳納米管橋102的部分?？赏ㄟ^選定的距離或間隙分隔該第一接觸108以及第二接觸110。可使用不同的用于以選定距離或間隙對(duì)準(zhǔn)晶體管接觸的技術(shù)在襯底上形成第一接觸108以及第二接觸110。形成第一接觸108以及第二接觸110的示范性方法可包括使用光刻和剝離技術(shù)。替代的，可沉積接觸材料的覆蓋層并對(duì)其選擇性的蝕刻。在一個(gè)實(shí)施例中，碳納米管被覆蓋的部分可以是碳納米管的軸端。在一個(gè)示范性實(shí)施例中，第一接觸108以及第二接觸110中的一個(gè)是已完成的CNT FET的源極接觸，第一接觸108以及第二接觸110中的另一個(gè)是該已完成的CNT FET的漏極接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，第一接觸108以及第二接觸110中的至少一個(gè)包括例如鈀(Pd)的導(dǎo)體材料。
[0021]圖3示出了在襯底的硅層104中形成的凹陷112。在不同的實(shí)施例中，襯底104的表面130是能夠采用濕法蝕刻劑有效蝕刻掉的表面。對(duì)于硅層，示范性的表面可是(110)表面，其中(110)表示指示了晶平面或晶表面方向的米勒指數(shù)。還示出了垂直于(110)表面的表面132(例如(111)表面)。濕法蝕刻劑通常相當(dāng)有效的溶解表面130，而表面132通常是耐濕法蝕刻的。硅襯底104沉積在BOX層106上以使得這些表面沿著圖3所示的方向定向。示范性的濕法蝕刻劑包括氫氧化鉀(KOH)，四甲基氫氧化銨(TMAH)等。在蝕刻過程中，第一接觸108以及第二接觸110提供蝕刻掩模以保護(hù)該接觸之下的硅。在濕法蝕刻之前形成接觸108和110可讓該接觸按照接觸108和110之間選定的分隔距離定義所生成的晶體管的柵極區(qū)域并且產(chǎn)生自對(duì)準(zhǔn)柵極。因此，濕法蝕刻在接觸之間的部分形成了凹陷112。在示范性的實(shí)施例中，凹陷112被蝕刻到絕緣層106的表面。此外，由于反應(yīng)表面130 (reactive surface)和抵抗表面132 (resistive surface)的方向，襯底層被以各向異性方式(anisotropically)蝕刻。蝕刻該凹陷112產(chǎn)生了從第一接觸108延伸至第二接觸110的懸浮的CNT，在本文中還被稱為CNT橋或CNT溝道。
[0022]圖4示出了涂敷階段，在該階段中沉積間隔材料(spacer material) 120。間隔材料沉積在除了碳納米管之外的暴露表面上，為在隨后形成的柵極材料和第一、第二接觸108、110之間提供絕緣層。間隔材料120可以是摻雜的電介質(zhì)材料。一個(gè)示范性的間隔材料120可包括二氧化鉻(Hf02)，或一些包括用于靜電摻雜碳納米管的固定電荷的其它電介質(zhì)。在一個(gè)示范性的實(shí)施例中，間隔材料被選擇性的摻雜以包括固