隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)摩爾定律，集成電路上的器件尺寸每兩年減小將近一半。自20世紀(jì)后期以來，器件的尺寸減小已經(jīng)成為技術(shù)進步的驅(qū)動力。然而，正如ITRS(Internat1nalTechnology Roadmap for Semiconductors,國際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖)2009年版中所指出的，當(dāng)臨界尺寸縮小到亞22nm范圍內(nèi)時，器件尺寸的進一步減小將面臨關(guān)于制造工藝和器件性能的限制。這些限制包括從短溝道和薄絕緣膜隧穿的電子、相關(guān)聯(lián)的泄漏電流、無源功率消耗、短溝道效應(yīng)、以及器件結(jié)構(gòu)和摻雜的變化等等。通過采用單個碳納米管或者碳納米管陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)體MOSFET結(jié)構(gòu)的溝道材料，可以在一定程度上克服上述限制并且進一步縮小器件尺度。
[0003]最近報道了在理想的全包圍柵極結(jié)構(gòu)中，具有自對準(zhǔn)柵極的碳納米管場效應(yīng)晶體管(Carbon Nano Tube Field Effect Transistor, CNTFET)尺寸已經(jīng)降到了 20nm。包圍碳納米管溝道的柵極的均勻性得到了鞏固，并且這樣的工藝也沒有造成對碳納米管的損害。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管，該平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成柵極，在柵極上方形成碳納米管，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。另外，現(xiàn)有技術(shù)中還公開了一種包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管，該包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成溝槽，在溝槽上形成碳納米管，在溝槽中包圍碳納米管形成柵極，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。
[0005]然而現(xiàn)有技術(shù)中的碳納米管場效應(yīng)晶體管的工作電壓較高，耗能大，還不適用于CMOS技術(shù)和超大規(guī)模集成電路。而設(shè)計較好的隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管能夠使未來的超大規(guī)模集成電路工作在0.1V的電壓處并且具有亞60mV/deCade的亞閾值振蕩特性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個目的是提供一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管，該隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管能夠降低工作電壓，使其適用于CMOS技術(shù)和超大規(guī)模集成電路。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管，包括:
[0008]位于襯底上的絕緣層；
[0009]位于所述絕緣層上的柵極；
[0010]位于所述柵極兩側(cè)并且位于所述絕緣層上的源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸；
[0011]碳納米管，被所述柵極包圍，所述碳納米管延伸穿過所述柵極并且由所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸支撐，所述碳納米管包括源區(qū)接觸側(cè)的第一部分和漏區(qū)接觸側(cè)的第二部分；
[0012]其中所述源區(qū)接觸和所述柵極通過所述碳納米管的第一部分間隔開，所述漏區(qū)接觸和所述柵極通過所述碳納米管的第二部分間隔開。
[0013]優(yōu)選地，其中所述碳納米管具有1-3納米的直徑。
[0014]優(yōu)選地，其中所述碳納米管由所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸支撐，并距離所述絕緣層1-7納米。
[0015]優(yōu)選地，其中所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸各自具有包圍所述碳納米管的具有圓形橫截面的第一部分和位于所述絕緣層上的第二部分。
[0016]優(yōu)選地，其中所述碳納米管的第一部分的至少一部分沒有被所述柵極和源區(qū)接觸所包圍，以及所述碳納米管的第二部分的至少一部分沒有被所述柵極和漏區(qū)接觸所包圍。
[0017]優(yōu)選地，其中所述碳納米管的第一部分具有第一導(dǎo)電類型，所述碳納米管的第二部分具有與所述第一導(dǎo)電類型不同的第二導(dǎo)電類型。
[0018]優(yōu)選地，其中通過Pd形成與所述碳納米管接觸從而形成源區(qū)接觸，以及通過Ca形成與所述碳納米管接觸從而形成漏區(qū)接觸。
[0019]優(yōu)選地，其中Pd與所述碳納米管的接觸使得所述碳納米管的第一部分具有第一導(dǎo)電類型，所述Ca與所述碳納米管的接觸使得所述碳納米管的第二部分具有第二導(dǎo)電類型。
[0020]優(yōu)選地，其中Pd能夠用作源區(qū)接觸，以及Ca能夠用作漏區(qū)接觸。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種隧穿場效應(yīng)晶體管，包括:
[0022]位于襯底上的絕緣層；
[0023]位于所述絕緣層上的柵極；
[0024]位于所述柵極兩側(cè)的源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸；
[0025]碳納米管，被所述柵極、源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸包圍，其中所述碳納米管的第一部分用作源區(qū)，具有第一導(dǎo)電類型，所述碳納米管的第二部分用作漏區(qū)，具有第二導(dǎo)電類型。
[0026]優(yōu)選地，其中所述碳納米管的第一部分將所述源區(qū)接觸和所述柵極間隔開，所述碳納米管的第二部分將所述漏區(qū)接觸和所述柵極間隔開。
[0027]優(yōu)選地，其中所述柵極與所述源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸位于相同的絕緣層上。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種制造隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管的方法，包括:
[0029]提供襯底；
[0030]在所述襯底上形成絕緣層；
[0031]在所述絕緣層上形成由柵極包圍并支撐的碳納米管；
[0032]對所述碳納米管進行摻雜，以使得所述柵極兩側(cè)的碳納米管部分分別形成具有不同導(dǎo)電類型的源區(qū)和漏區(qū)；以及
[0033]在源區(qū)和漏區(qū)處形成源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸，所述源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸通過所述碳納米管的至少一部分與所述柵極間隔開。
[0034]優(yōu)選地，其中在所述絕緣層上形成由柵極包圍并支撐的碳納米管包括:
[0035]在所述絕緣層上形成多孔硅層；
[0036]在所述多孔硅層上形成具有開口的光刻膠層，通過所述開口施加金屬催化劑溶液；
[0037]烘焙并且去除所述光刻膠層；
[0038]利用化學(xué)反應(yīng)在所述多孔硅層中形成碳納米管；
[0039]去除部分所述多孔硅層以暴露至少部分所述絕緣層，使得所述碳納米管的兩端由剩余的多孔硅層支撐；
[0040]在所述絕緣層上形成包圍所述碳納米管的柵極；
[0041]去除剩余的多孔硅層。
[0042]優(yōu)選地，其中對所述碳納米管進行摻雜包括:利用蒸發(fā)和剝離工藝以金屬Pd和Ca在所述柵極的兩側(cè)形成與所述碳納米管的接觸從而形成源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸。
[0043]優(yōu)選地，其中由金屬Pd和Ca形成的接觸分別用作源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸，且位于所述絕緣層上并且包圍所述碳納米管。
[0044]優(yōu)選地，其中金屬Pd與Ca與所述碳納米管的接觸使得所述碳納米管的相應(yīng)部分分別具有第一和第二導(dǎo)電類型。
[0045]通過以下參照附圖對本發(fā)明的示例性實施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點將會變得清楚。
【附圖說明】
[0046]構(gòu)成說明書的一部分的附圖描述了本發(fā)明的實施例，并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0047]參照附圖，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中:
[0048]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的制造隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管的方法的流程圖。
[0049]圖2是示意性地示出圖1中的步驟S103的具體流程的流程圖。
[0050]圖3是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0051]圖4是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0052]圖5是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0053]圖6是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0054]圖7是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0055]圖8是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0056]圖9是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0057]圖10是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明制造方法的一個階段的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0058]圖11是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明實施例的隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)的透視圖。
【具體實施方式】
[0059]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實施例中闡述的部件和步驟的相對布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0060]同時，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個部分的尺寸并不是按照實際的比例關(guān)系繪制的。
[0061]以下對至少一個示例性實施例的描述實際上僅僅是說明性的，決不作為對本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0062]對于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。
[0063]在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實施例的其它示例可以具有不同的值。
[0064]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號和字母在下面的附圖中表示類似項，因此，