具有擴(kuò)展觸頭的碳納米管晶體管的制作方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體器件，包含沿著第一方向延伸以界定長度且沿著與第一方向垂直的第二方向延伸以界定高度的基板。該基板包含電介質(zhì)層以及形成于電介質(zhì)層上的至少一個柵極疊層。源極觸頭被形成于柵極疊層的第一側(cè)的相鄰處，并且漏極觸頭被形成于柵極疊層的相對第二側(cè)的相鄰處。碳納米管形成于源極觸頭和漏極觸頭上。納米管的第一部分形成源極。第二部分形成漏極。第三部分被置于源極和漏極之間，以界定沿第一方向延伸的柵極溝道。源極和漏極沿第二方向延伸，并具有比柵極溝道長的長度。
【專利說明】具有擴(kuò)展觸頭的碳納米管晶體管
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本申請涉及共同受讓人的、2014年I月31日提交的專利申請序列號14/169，340，該申請全文通過引用加入本申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地涉及碳納米管晶體管。
【背景技術(shù)】
[0004]碳納米管場效應(yīng)晶體管(CNTFET)是代替或補(bǔ)充傳統(tǒng)的硅晶體管技術(shù)的強(qiáng)有力候選者。CNTFET性能會顯著地受觸頭的電阻影響。因此，在源/漏電極與CNT之間的總體接觸面積會影響CNTFET的性能。
[0005]為了避免高接觸電阻對總體晶體管性能的限制，常規(guī)的CNTFET需要金屬觸頭在與柵極長度(U)平行的方向上(S卩，在X軸方向上)有較長的長度(U)，如圖1所示。最近的器件縮放傾向繼續(xù)要求減小半導(dǎo)體器件的間距，該間距被定義為在兩個相鄰器件的柵極的中心之間的距離。在制作多柵CNTFET時，需要相鄰的金屬觸頭之間的最小距離(dc)來防止相鄰的半導(dǎo)體器件的短路。因此，在不增加半導(dǎo)體的總體間距的情況下具有增大長度的金屬觸頭的器件結(jié)構(gòu)是所希望的，以便確保合適的dc。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)至少一種實施例，半導(dǎo)體器件包含沿著第一方向延伸以界定長度且沿著與第一方向垂直的第二方向延伸以界定高度的基板。該基板包含電介質(zhì)層以及形成于電介質(zhì)層上的至少一個柵極疊層。源極觸頭被形成于柵極疊層的第一側(cè)的相鄰處，并且漏極觸頭被形成于柵極疊層的相對第二側(cè)的相鄰處。碳納米管形成于源極觸頭和漏極觸頭上。碳納米管包含第一部分、第二部分和第三部分。第一部分與源極觸頭接觸，以形成源極。第二部分與漏極觸頭接觸，以形成漏極。第三部分被置于第一及第二部分之間，以形成沿第一方向延伸的柵極溝道。源極和漏極各自沿著第二方向延伸，并且具有比柵極溝道的長度更長的長度。
[0007]根據(jù)另一種實施例，一種用于制作半導(dǎo)體器件的方法包括在基板的電介質(zhì)層上形成至少一個柵極疊層。基板沿著第一方向延伸，以界定長度，并且沿著與第一方向垂直的第二方向延伸，以界定高度。該方法還包括在柵極疊層上形成功能化電介質(zhì)層。該方法還包括在位于柵極疊層的第一側(cè)的功能化電介質(zhì)層的第一部分上形成源極觸頭，以及在位于柵極疊層的相對第二側(cè)的功能化電介質(zhì)層的第二部分上形成漏極觸頭。該方法還包括在源極觸頭和漏極觸頭上形成碳納米管，以分別界定源極和漏極。柵極溝道沿著第一方向延伸以界定柵極長度，并且被置于源極和漏極之間。該方法還包括使碳納米管的至少一個部分靜電耦合于功能化電介質(zhì)層上，使得源極和漏極沿著垂直于柵極長度的第二方向延伸。
[0008]另外的特征通過本發(fā)明的技術(shù)來實現(xiàn)。其他實施例將在本文中進(jìn)行詳細(xì)描述，并且被看作是所要求保護(hù)的本發(fā)明的一部分。為了本發(fā)明及特征的更好理解，請參考本發(fā)明的描述和附圖。
【附圖說明】
[0009]被看作是本發(fā)明的主題被特別地指出，并且在本說明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求書中被明確要求權(quán)利保護(hù)。根據(jù)下面結(jié)合附圖進(jìn)行的詳細(xì)描述，上述及其他特征是顯而易見的，在附圖中:
[0010]圖1示出了常規(guī)的頂柵式碳納米管FET的頂視圖；
[0011]圖2是包含形成于主體層的上表面上的電介質(zhì)層的起始基板的剖視圖；
[0012]圖3示出了在使電介質(zhì)層的某些部分凹進(jìn)以形成源/漏區(qū)并于電介質(zhì)層的上表面形成柵極疊層之后的圖2的基板；
[0013]圖4示出了在間隔件電介質(zhì)層沉積于已蝕刻的電介質(zhì)層的上表面上以覆蓋柵極疊層之后的圖3的基板；
[0014]圖5示出了在間隔件電介質(zhì)層被蝕刻以沿著柵極疊層的側(cè)壁形成間隔件之后的圖4的基板；
[0015]圖6示出了在覆蓋已蝕刻的電介質(zhì)層的上表面、間隔件的側(cè)壁及柵極疊層的上表面的共形的功能化電介質(zhì)層的沉積之后的圖5的基板；
[0016]圖7示出了在覆蓋著柵極疊層且靠著功能化電介質(zhì)層的外表面而形成的金屬觸頭層的沉積之后的圖6的基板；
[0017]圖8示出了在蝕刻金屬觸頭層以形成從基板的電介質(zhì)層朝柵極疊層的上部垂直延伸的金屬觸頭之后的圖7的基板；
[0018]圖9示出了在碳納米管沉積于金屬觸頭的外表面以及位于金屬觸頭之間的功能化電介質(zhì)層的上表面上之后的圖8的基板；
[0019]圖10示出了在光刻阻擋層的沉積之后的圖9的基板；
[0020]圖11示出了在對光刻阻擋層進(jìn)行圖形化以使碳納米管的一部分以及位于金屬觸頭之間的功能化電介質(zhì)層露出之后的圖10的基板；
[0021]圖12示出了在選擇性地去除了功能化電介質(zhì)層以形成碳納米管的懸掛部分以及位于納米管的懸掛部分與柵極疊層之間的空隙之后的圖11的基板；
[0022]圖13示出了在去除了光刻阻擋層的剩余部分之后且在共形的柵極電介質(zhì)層的沉積之后的圖12的基板；
[0023]圖14示出了在覆蓋柵極電介質(zhì)層的阻擋電介質(zhì)層沉積于基板上之后的圖13的基板；
[0024]圖15示出了在對阻擋電介質(zhì)層進(jìn)行圖形化以形成源/漏空隙并去除位于空隙內(nèi)的柵極電介質(zhì)層以使碳納米管和金屬觸頭露出之后的圖14的基板；
[0025]圖16示出了在將導(dǎo)電材料沉積于空隙內(nèi)以形成源極和漏極觸頭端子之后的圖15的基板；
[0026]圖17是示出根據(jù)另一種示例性的實施例的在碳納米管的沉積之后的多柵半導(dǎo)體器件的剖視圖；
[0027]圖18是示出根據(jù)另一種示例性的實施例的在支撐電介質(zhì)阻擋層的沉積之后的多柵半導(dǎo)體器件剖視圖；
[0028]圖19示出了在對支撐電介質(zhì)阻擋層進(jìn)行了蝕刻以形成靠著金屬觸頭的外表面的支撐區(qū)之后的圖18的多柵半導(dǎo)體器件；
[0029]圖20示出了在碳納米管沉積于支撐區(qū)的外表面以及位于柵極疊層上方的功能化電介質(zhì)層的裸露表面上之后的圖19的多柵半導(dǎo)體器件；
[0030]圖21示出了在去除了支撐區(qū)以形成包含從基板的電介質(zhì)層朝柵極疊層的上部垂直延伸的金屬觸頭的多柵碳納米管半導(dǎo)體器件之后的圖20的多柵半導(dǎo)體器件；以及
[0031]圖22是示出根據(jù)至少一種示例性實施例的用于制作半導(dǎo)體器件的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0032]現(xiàn)在參照圖2，該圖中示出了起始基板100的剖視圖。起始基板100沿著X軸延伸以界定長度，并且沿著Z軸延伸以界定高度。起始基板100包含主體層102以及形成于主體層102的上表面上的電介質(zhì)層104。主體層102可以由包括例如硅(Si)在內(nèi)的半導(dǎo)體材料形成。電介質(zhì)層104可以是由包括(但不限于)氮化硅(Si3N4)在內(nèi)的各種電介質(zhì)材料形成，并且被配置用于提供電隔離。各種方法可以被用來沉積電介質(zhì)層，包括(但不限于)化學(xué)氣相沉積(CVD)0
[0033]轉(zhuǎn)至圖3，電介質(zhì)層104凹進(jìn)并且柵極疊層106使用常規(guī)的沉積和蝕刻工藝(包括(但不限于)光刻和反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝)形成于電介質(zhì)層104上。使電介質(zhì)層104凹進(jìn)以形成源區(qū)108和漏區(qū)109。電介質(zhì)層104凹進(jìn)的深度可以根據(jù)器件應(yīng)用而改變。柵極疊層106具有柵極長度(U)并且形成于位于S/D區(qū)108，109之間的電介質(zhì)層104的上表面上。柵極疊層106可以由包括(但不限于)鉭(Ta)、鈮(Nb)、金(Au)、鋁(Al)和多晶硅(PC)在內(nèi)的各種材料形成。
[0034]現(xiàn)在參照圖4，電介質(zhì)層110被沉積于基板100上，用于覆蓋已蝕刻的電介質(zhì)層104和柵極疊層106。用于沉積電介質(zhì)層110的各種方法可以被執(zhí)行，包括，例如，CVD。電介質(zhì)層110可以由低介電常數(shù)(S卩，低k值)材料形成。低k值材料可以包括(但不限于)聚合物衍生的非晶態(tài)陶瓷(SiBCN)。
[0035]現(xiàn)在參照圖5，電介質(zhì)層110按照常規(guī)的蝕刻工藝來蝕刻以使柵極疊層106的上表面露出。該蝕刻工藝還會在柵極疊層106的側(cè)壁以及已蝕刻的電介質(zhì)層104的側(cè)壁上形成間隔件112。
[0036]轉(zhuǎn)至圖6，共形的功能化電介質(zhì)層113使用包括(但不限于)CVD和原子層沉積(ALD)在內(nèi)的各種沉積工藝形成于基板100上。功能化電介質(zhì)層113覆蓋已蝕刻的電介質(zhì)層104的上表面、間隔件112的側(cè)壁，以及柵極疊層106的上表面。功能化電介質(zhì)層113可以由包括(但不限于)氧化鉿(Hf02)、氧化鋁(Al2O3)和氮化硅(Si3N4)在內(nèi)的各種材料形成。
[0037]轉(zhuǎn)至圖7，金屬觸頭層114被沉積于基板100上。金屬觸頭阻擋層114覆蓋著金屬柵極106并且形成于功能化電介質(zhì)層113的外表面之上。金屬觸頭層114可以由包括(但不限于)鈀(Pd)、鈧(Sc)和鉺(Er)在內(nèi)的各種材料形成。如圖8所示，金屬觸頭層114被蝕刻以形成源極金屬觸頭115和漏極金屬觸頭116。各種蝕刻工藝可以被用來形成金屬觸頭115、116，包括(但不限于)RIE。源極和漏極金屬觸頭115、116垂直于柵極疊層106的長度而延伸。例如，源極和漏極金屬觸頭115、116從與形成于電介質(zhì)層104上的功能化電介質(zhì)層113的一部分接觸的第一接觸端垂直延伸到與形成于柵極疊層106的上部的相鄰處的功能化電介質(zhì)層113的一部分接觸的第二接觸端。在至少一種示例性的實施例中，第二接觸端延伸超過柵極疊層106的上表面。根據(jù)至少一種實施例，金屬觸頭115、116沿著Z軸延伸了比柵極疊層106沿Z軸延伸的距離(例如，柵極高度)大的距離(例如，觸頭高度)。金屬觸頭115、116可以具有例如大約1nm至大約10nm的高度。根據(jù)至少一個示例性實施例，沿Z軸方向延伸的金屬觸頭115、116的高度大于沿X軸方向延伸的金屬觸頭的長度。
[0038]現(xiàn)在參照圖9，一個或多個碳納米管118被沉積于金屬觸頭115、116的外表面以及位于金屬觸頭115、116之間的功能化電介質(zhì)層113的上表面上。碳納米管118的寬度小于下墊的金屬觸頭115、116的寬度。因此，金屬觸頭115、116的一部分可以是裸露的。碳納米管118可以使用例如離子交換放置過程來選擇性地安置于功能化電介質(zhì)層113的裸露表面上。功能化電介質(zhì)層113將碳納米管118銷定(S卩，支撐)于源極和漏極金屬觸頭115、116的外表面上。盡管未示出，但是應(yīng)當(dāng)意識到，退火工藝可以被應(yīng)用于基板100以增強(qiáng)碳納米管118、金屬觸頭115、116和功能化電介質(zhì)層113之間的接觸支撐。
[0039]根據(jù)一種示例性的實施例，功能化電介質(zhì)層113是功能性表面單層，并且碳納米管118是包含于水溶液中的表面活性劑環(huán)繞的碳納米管。功能性表面單層可以由例如由市場上可購得的異煙酸甲酯合成的4-(N-羥基甲酰胺基)-1-甲基碘代吡啶(匪PI)分子形成。NMPI可以形成(例如，涂覆)于例如HfO2的區(qū)域上，以形成功能化電介質(zhì)層113。含有一個或多個碳納米管118的水溶液可以被應(yīng)用于功能化電介質(zhì)層113。一個或多個碳納米管118的可溶性可以使用陰離子表面活性劑[十二烷基硫酸鈉(SDS)]來實現(xiàn)。NMPI的陰離子(S卩，碘離子)與環(huán)繞碳納米管118的陰離子表面活性劑交換，導(dǎo)致在帶負(fù)電的表面活性劑與帶正電的單層之間的強(qiáng)庫侖引力。在單層與碳納米管118之間的強(qiáng)靜電作用帶來具有出色選擇性的個體碳納米管118安置。因此，碳納米管118可以與裸露的功能化電介質(zhì)層113靜電耦合，使得碳納米管118被支撐于源極和漏極金屬觸頭115、116的外表面上。
[0040]碳納米管118的與位于柵極疊層106處以及位于源極和漏極金屬115、116之間的功能化電介質(zhì)層113接觸的部分形成了柵極溝道120。碳納米管118的與源極金屬觸頭115接觸的部分形成源極122，并且碳納米管118的與漏極金屬觸頭116接觸的部分形成漏極124。根據(jù)一種示例性的實施例，源極122和漏極124各自沿Z軸方向延伸，并且具有比柵極溝道120的長度(即，柵極長度)大的總長度。例如，源極122和漏極124的總長度可以是大約50nm，而柵極溝道120的總長度可以是大約I Onm。
[0041]現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖10，光刻阻擋層125形成于基板100上。光刻阻擋層125可以被圖形化，使得位于柵極疊層106處以及位于金屬觸頭115、116之間的碳納米管118裸露出，如圖11所不O
[0042]參照圖12，功能化電介質(zhì)層113的置于碳納米管118與柵極疊層106之間的部分可以使用例如濕法蝕刻工藝來選擇性地去除。也就是，濕法蝕刻工藝與功能化電介質(zhì)層113反應(yīng)，不與碳納米管118反應(yīng)。因此，碳納米管118被懸掛于金屬源極觸頭115與金屬漏極觸頭116之間，使得空隙126被形成于碳納米管118與柵極疊層106之間。
[0043]參照圖13，剩余的光刻阻擋層125被去除，并且共形的柵極電介質(zhì)層128被沉積于基板100上，該柵極電介質(zhì)層128填充了空隙126。各種方法可以被用來沉積柵極電介質(zhì)阻擋層128，包括(但不限于)ALD。柵極電介質(zhì)層128可以由例如高k值材料形成。高k值材料可以包括(但不限于)硅酸鉿(HfS14)、硅酸鋯(ZrS14)和二氧化鋯(ZrO2)。柵極疊層106和柵極電介質(zhì)層128被配置用于產(chǎn)生用于選擇性地控制流過柵極溝道部分120的電流的電場，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。根據(jù)至少一種實施例，柵極電介質(zhì)層128的寬度小于下墊的柵極疊層106的寬度。在這方面，柵極疊層106的一部分可以是裸露的和/或可接近的。
[0044]轉(zhuǎn)至圖14，阻擋電介質(zhì)層130形成于基板100上，并且覆蓋著柵極電介質(zhì)層128的上表面。阻擋電介質(zhì)層可以由包括(但不限于)二氧化硅(S12)、氮化硅(SiN)和氧氮化硅(S1N)在內(nèi)的各種材料形成?；瘜W(xué)機(jī)械拋光/平坦化(CMP)工藝可以被應(yīng)用于阻擋電介質(zhì)層，以對其上表面進(jìn)行拋光和平坦化。
[0045]轉(zhuǎn)至圖15，阻擋電介質(zhì)層130可以被圖形化以形成源/漏(S/D)空隙132。另外，位于空隙132內(nèi)的柵極電介質(zhì)層128可以被去除以使碳納米管和金屬觸頭115、116露出。柵極電介質(zhì)層128的部分可以保留于保持為由阻擋電介質(zhì)層覆蓋的區(qū)域內(nèi)，該區(qū)域包括例如源區(qū)108、漏區(qū)109以及包圍柵極溝道120的區(qū)域。例如，第一 S/D空隙132可以使源極122和源極金屬觸頭115露出。第二S/D空隙132可以使漏極124和漏極金屬觸頭116露出。各種圖形化/蝕刻工藝可以被用來對電介質(zhì)層130進(jìn)行圖形化，如同本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的。
[0046]參照圖16，導(dǎo)電材料可以被沉積，用于填充空隙132。導(dǎo)電材料可以由包括(但不限于)鎢(W)、氮化鈦(TiN)和銅(Cu)在內(nèi)的金屬形成。導(dǎo)電材料形成了源極觸頭端子134和漏極觸頭端子136。源極觸頭端子134靠著金屬源極觸頭115的上表面而形成。因此，碳納米管118的源極122被置于源極觸頭端子134和金屬源極觸頭115之間。類似地，漏極觸頭端子136靠著金屬漏極觸頭116的上表面而形成。因此，碳納米管118的漏極124被置于漏極觸頭端子136與金屬漏極觸頭116之間。在至少一種實施例中，在碳納米管118與源極觸頭115和漏極觸頭116中的至少一個之間的接觸長度大于在碳納米管118與柵極電介質(zhì)層106之間的接觸長度。例如，在碳納米管118與源極122和/或漏極124之間的接觸長度可以等于或大于大約50nmo
[0047]現(xiàn)在參照圖17，該圖中示出了根據(jù)另一種實施例的包含多個柵極結(jié)構(gòu)202J02'的半導(dǎo)體器件200。如圖17所示，一個或多個碳納米管118形成于第一及第二柵極結(jié)構(gòu)202、202'上，并且延伸到位于第一柵極結(jié)構(gòu)202的金屬漏極觸頭116與第二柵極結(jié)構(gòu)202'的金屬源極觸頭115之間的谷部203內(nèi)。碳納米管118被形成為靠著金屬觸頭115、116，并且由裸露的功能化電介質(zhì)層113支撐于該處，如同上文所詳細(xì)討論的。然后，多柵半導(dǎo)體器件200可以根據(jù)圖10-15所示的流程來完成，如同上文所詳細(xì)描述的。
[0048]現(xiàn)在參照圖18，該圖中示出了根據(jù)另一種示例性的實施例的用于制作多柵半導(dǎo)體器件的方法。在形成了包含各自的源/漏金屬觸頭115、116的多個柵極疊層202J02'之后，支撐電介質(zhì)層204形成于基板100上。支撐電介質(zhì)層204被靠著源/漏金屬觸頭115、116的側(cè)壁沉積，并且覆蓋著第一及第二柵極結(jié)構(gòu)202 J02'。盡管支撐電介質(zhì)層204被示為阻擋層，但是應(yīng)當(dāng)意識到，支撐電介質(zhì)層204可以被沉積為共形層。支撐電介質(zhì)層204可以由例如AI2O3開5成。因此，相對于功能化電介質(zhì)層113(Hf02)，支撐電介質(zhì)層可以被選擇性地蝕刻。
[0049]轉(zhuǎn)至圖19，支撐電介質(zhì)層204使用例如RIE來蝕刻。因此，一個或多個支撐區(qū)206形成于源/漏金屬觸頭115、116的側(cè)壁上。至少一個支撐區(qū)206還填充了谷部203。支撐區(qū)206被配置用于進(jìn)一步支撐沉積于第一及第二柵極疊層202、202’上的一個或多個碳納米管。
[0050]現(xiàn)在參照圖20，一個或多個碳納米管118形成于第一及第二柵極疊層202J02'上。碳納米管118與裸露的功能化電介質(zhì)層113靜電耦合，同時受支撐區(qū)206支撐。支撐區(qū)206可以根據(jù)源/漏金屬觸頭115、116的高度來提高碳納米管118橫過柵極疊層106的安置的成功率。
[0051]參照圖21，選擇性蝕刻工藝(例如，濕法蝕刻工藝)被應(yīng)用于半導(dǎo)體器件200。濕法蝕刻工藝可以在不與碳納米管118反應(yīng)的情況下選擇性地蝕刻支撐區(qū)206(例如，Al2O3材料)。因此，支撐區(qū)206可以被去除，并且碳納米管118可以被形成為直接靠著金屬觸頭區(qū)115、116和裸露的功能化電介質(zhì)層113。碳納米管118的端部可以在去除了支撐區(qū)206之后進(jìn)一步延伸到裸露的功能化電介質(zhì)層113之上，以將碳納米管進(jìn)一步錨定于源/漏金屬觸頭115、116。根據(jù)至少一種實施例，碳納米管的第二部分懸掛于位于谷部203的功能化電介質(zhì)層的一部分之上，如圖21所示。
[0052]現(xiàn)在轉(zhuǎn)至圖22，流程圖示出了根據(jù)至少一種示例性實施例的用于制作半導(dǎo)體器件的方法。該方法從操作2200開始，并且柵極疊層在操作2210中形成于基板的電介質(zhì)層上。在操作2220，功能化電介質(zhì)層形成于柵極疊層上。在操作2230，源極觸頭形成于功能化電介質(zhì)層的第一部分上。在操作2240，漏極觸頭形成于功能化電介質(zhì)層的第二部分上。在操作2250，碳納米管的第一部分形成于源極觸頭上，以界定源極，并且碳納米管的第二部分形成于漏極觸頭上，以界定漏極。置于第一部分(即，源極)和第二部分(即，漏極)之間的碳納米管的第三部分形成具有柵極長度的柵極溝道。在操作2260，碳納米管與功能化電介質(zhì)層的至少一個部分靜電耦合，使得源極和漏極沿垂直于柵極長度的第二方向延伸，并且該方法結(jié)束于操作2270。
[0053]本文所使用的術(shù)語只是為了描述特定的實施例，而并非旨在對本發(fā)明進(jìn)行限定。如同本文所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”意指同樣包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確說明。還應(yīng)當(dāng)理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”在用于本說明書中時指出所聲明的特征、整數(shù)、步驟、操作、要素和/或構(gòu)件的存在性，但并不排除可存在或添加一個或多個別的特征、整數(shù)、步驟、操作、要素、構(gòu)件和/或它們的群組。
[0054]在下面的權(quán)利要求書中，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動作，以及所有方法或步驟加功能元件的等同形式意指包括用于結(jié)合要求權(quán)利保護(hù)的其他權(quán)利要求元件來執(zhí)行該功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動作。關(guān)于本發(fā)明的描述已經(jīng)為了說明和描述而給出，但并非意指為窮盡性的或者將本發(fā)明限定于所公開的形式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚沒有脫離本發(fā)明的范圍和精神的許多修改和變化。實施例被選擇并被描述以便最佳地解釋本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)⒕哂懈鞣N修改的各種實施例理解為適合于可想得到的特定用途的本發(fā)明。
[0055]本文所示的流程圖僅僅是一個示例。對于該圖以及本文所描述的操作，可以存在許多不脫離本發(fā)明的精神的變化。例如，操作可以按照不同的順序來執(zhí)行，或者可以添加、刪除或修改操作。所有這些變化都被認(rèn)為是所要求權(quán)利保護(hù)的本發(fā)明的一部分。
[0056]雖然上文已經(jīng)描述了本發(fā)明的各種實施例，但是應(yīng)當(dāng)理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在當(dāng)下和未來都可以進(jìn)行屬于后面的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的各種修改。這些權(quán)利要求應(yīng)當(dāng)被解釋為維持對首次描述的本發(fā)明的適當(dāng)保護(hù)。
[0057]工業(yè)應(yīng)用性
[0058]本發(fā)明在并入可應(yīng)用于各種各樣的電子和電氣裝置的集成電路芯片內(nèi)的高性能的半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(FET)器件的設(shè)計和制造方面具有工業(yè)應(yīng)用性。
【主權(quán)項】
1.一種半導(dǎo)體器件，包含: 沿著第一方向延伸以界定長度且沿著與所述第一方向垂直的第二方向延伸以界定高度的基板，所述基板包含電介質(zhì)層以及形成于所述電介質(zhì)層上的至少一個柵極疊層； 形成于所述柵極疊層的第一側(cè)的相鄰處的源極觸頭以及形成于所述柵極疊層的相對第二側(cè)的相鄰處的漏極觸頭；以及 形成于所述源極觸頭和所述漏極觸頭上的碳納米管，所述碳納米管包含與所述源極觸頭接觸以形成源極的第一部分、與所述漏極觸頭接觸以形成漏極的第二部分以及被置于所述第一部分與第二部分之間以界定沿著所述第一方向延伸的柵極溝道的第三部分，所述源極和所述漏極沿著所述第二方向延伸并且具有比所述柵極溝道的柵極長度長的長度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，還包含被置于所述柵極溝道與所述柵極疊層之間的柵極電介質(zhì)層，其中在所述碳納米管與所述源極觸頭和所述漏極觸頭中的至少一個之間的接觸面積大于在所述碳納米管與所述柵極電介質(zhì)層之間的接觸面積。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極電介質(zhì)層完全環(huán)繞所述柵極溝道。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述柵極疊層沿著所述第二方向延伸以界定柵極高度，并且所述源極和漏極觸頭沿著所述第二方向延伸以界定各自的源極和漏極觸頭高度，所述源極和漏極觸頭高度大于所述柵極高度。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，還包含形成于所述電介質(zhì)層上且置于所述源極和漏極觸頭中的每個觸頭與所述柵極疊層之間的功能化電介質(zhì)層。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其中所述碳納米管的至少一個部分與所述功能化電介質(zhì)層的至少一個部分靜電耦合。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述源極的第一端部與所述功能化電介質(zhì)層的靠著電介質(zhì)層而形成的第一部分靜電耦合，并且所述源極的第二端部與所述功能化電介質(zhì)層的形成于所述柵極疊層的上部的相鄰處的第二部分靜電耦合。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述漏極的第一端部與所述功能化電介質(zhì)層的靠著電介質(zhì)層而形成的第三部分靜電耦合，并且所述漏極的第二端部與所述功能化電介質(zhì)層的形成于所述柵極疊層的上部的相鄰處的第四部分靜電耦合。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中所述功能化電介質(zhì)層包含:形成于包含選自氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al203)和氮化硅(Si3N4)中的氧化物材料的區(qū)域上的4-(N-羥基甲酰胺基)-1 -甲基碘代吡啶(NMPI)分子。10.—種用于制作半導(dǎo)體器件的方法，包括: 在基板的電介質(zhì)層上形成至少一個柵極疊層，所述基板沿著第一方向延伸以界定長度且沿著與所述第一方向垂直的第二方向延伸以界定高度； 在所述柵極疊層上形成功能化電介質(zhì)層； 在所述功能化電介質(zhì)層的位于所述柵極疊層的第一側(cè)處的第一部分上形成源極觸頭，并且在所述功能化電介質(zhì)層的位于所述柵極疊層的相對第二側(cè)處的第二部分上形成漏極觸頭； 將碳納米管形成于所述源極觸頭上以界定源極并形成于所述漏極觸頭上以界定漏極，使得柵極溝道被置于所述源極和所述漏極之間并沿著所述第一方向延伸以界定柵極長度；以及 將所述碳納米管的至少一個部分靜電耦合于所述功能化電介質(zhì)層上，使得所述源極和所述漏極沿著垂直于柵極長度的所述第二方向延伸。11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述碳納米管與所述源極觸頭和所述漏極觸頭中的至少一個之間的接觸面積大于所述柵極溝道的面積。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述源極和漏極的總高度大于所述柵極疊層的總高度。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中形成所述碳納米管包括:使所述碳納米管懸空以界定在所述碳納米管與所述柵極疊層之間的空隙。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括:在所述碳納米管上形成柵極電介質(zhì)層，所述柵極電介質(zhì)層填充所述空隙。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，還包括:從所述碳納米管的與所述源極觸頭和所述漏極觸頭接觸的部分中選擇性地去除所述柵極電介質(zhì)層，使得所述柵極電介質(zhì)層的一部分保留為環(huán)繞著所述柵極溝道。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括:在所述碳納米管的與所述源極觸頭接觸的部分上形成導(dǎo)電的源極觸頭端子，并且在所述碳納米管的與所述漏極觸頭接觸的部分上形成導(dǎo)電的漏極觸頭端子。17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中形成至少一個柵極疊層包括形成第一柵極疊層和第二柵極疊層，所述第一及第二柵極疊層每個都具有各自的源極和漏極觸頭并且彼此由谷部隔開，所述谷部使所述功能化電介質(zhì)層的谷部部分露出。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，還包括:形成靠著所述第一及第二柵極疊層的所述源極和漏極觸頭的支撐電介質(zhì)層，所述支撐電介質(zhì)層填充之間的所述谷部。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中在所述源極和漏極觸頭上形成碳納米管包括: 在所述支撐電介質(zhì)層上形成所述碳納米管，使得碳納米管被支撐于所述谷部；以及 選擇性地去除所述支撐電介質(zhì)層，使得所述碳納米管的所述至少一個部分與所述功能化電介質(zhì)層的至少一個部分靜電耦合，而所述碳納米管的第二部分懸掛于所述功能化電介質(zhì)層的所述谷部部分的上方。20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成所述功能化電介質(zhì)層還包括: 在所述功能化電介質(zhì)層的至少一個功能化區(qū)上形成氧化物，所述氧化物選自氧化鉿(HfO2)、氧化鋁(Al2O3)和氮化硅(Si3N4)；以及 在所述至少一個功能化區(qū)上形成4-(N-羥基甲酰胺基)-1-甲基碘代吡啶(NMPI)分子。
【文檔編號】H01L21/336GK105940497SQ201480074465
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2014年12月4日
【發(fā)明人】漢述仁, W·漢熙, J·B·漢農(nóng)
【申請人】國際商業(yè)機(jī)器公司