晶體管裝置及其制造方法
【專利摘要】一種晶體管裝置和制作晶體管裝置的方法。該晶體管裝置包括：布置在基板上的鰭結(jié)構(gòu)的陣列，每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)是第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料的垂直交替堆疊體，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)；一個(gè)或多個(gè)碳納米管，懸在所述鰭結(jié)構(gòu)之間，并且接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面；柵極，圍繞所述一個(gè)或多個(gè)碳納米管；以及源極接觸和漏極接觸，布置在所述鰭結(jié)構(gòu)上，其中每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)具有梯形形狀或相對(duì)于所述基板以大約90°取向的平行側(cè)邊。
【專利說明】
晶體管裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本公開總體上涉及場效應(yīng)晶體管(FET)裝置，并且更確切的，涉及碳納米管場效應(yīng)晶體管(CNTFET)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]在FET中，電流沿著稱為溝道(channel)的半導(dǎo)體路徑流動(dòng)。源極電極和漏極電極布置在溝道的相對(duì)端部。溝道的物理直徑是固定的，但是它的有效電直徑通過向稱為柵極的控制電極施加電壓而變化。在任意給定的時(shí)刻，F(xiàn)ET的導(dǎo)電率取決于溝道的電直徑。柵極電壓的小的改變會(huì)導(dǎo)致從源極至漏極的電流的大變化，這放大了信號(hào)。FET由各種半導(dǎo)體例如體硅(bulk silicon)構(gòu)建，并使用單一晶體半導(dǎo)體晶片作為溝道。
[0003]CNTFET使用單CNT或CNT陣列作為溝道材料?？蓪?shí)現(xiàn)的電流必須與硅技術(shù)相稱。盡管半導(dǎo)體CNT由于其納米級(jí)別的直徑可以傳導(dǎo)極高的電流，但是其小尺寸限制了其可以攜帶的電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]在本公開的一個(gè)實(shí)施例中，晶體管裝置包括:布置在基板上的鰭結(jié)構(gòu)，每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)是第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料的垂直交替堆疊體，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn);一個(gè)或多個(gè)碳納米管，懸在所述鰭結(jié)構(gòu)之間，并且接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面;柵極，圍繞所述一個(gè)或多個(gè)碳納米管；以及源極接觸和漏極接觸，布置在所述鰭結(jié)構(gòu)上，其中所述鰭結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)具有梯形形狀或相對(duì)于所述基板以大約90°取向的平行側(cè)邊。
[0005]在另一實(shí)施例中，一種制作晶體管裝置的方法包括:形成鰭結(jié)構(gòu)的陣列，所述鰭結(jié)構(gòu)的陣列布置在基板上，且每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)具有層對(duì)，所述層對(duì)包括第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)；在所述鰭結(jié)構(gòu)之間使所述柵極圍繞碳納米管，以將所述碳納米管懸在所述柵極中，所述碳納米管接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面；以及在所述鰭結(jié)構(gòu)上形成源極接觸和漏極接觸，其中所述碳納米管在所述柵極內(nèi)布置為實(shí)質(zhì)上垂直的陣列或非垂直的錐形陣列。
[0006]在又一實(shí)施例中，一種制作晶體管裝置的方法包括:形成鰭結(jié)構(gòu)，所述鰭結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)層對(duì)，每個(gè)層對(duì)包括第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)；使碳納米管選擇性的接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面;在所述鰭結(jié)構(gòu)的相對(duì)端部上形成源極接觸和漏極接觸;移除所述鰭結(jié)構(gòu)在所述源極接觸和所述漏極接觸之間的部分，從而懸吊所述碳納米管；以及形成圍繞所述碳納米管的柵極。
【附圖說明】
[0007]被視為本發(fā)明的主題在說明書的結(jié)論部分的權(quán)利要求中被特別的指出和明確的要求。通過下述詳細(xì)說明并結(jié)合附圖，本發(fā)明的前述以及其它特征、優(yōu)點(diǎn)是明白易懂的，在附圖中:
[0008]圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的晶體管的側(cè)視圖，其具有包括兩種等電位點(diǎn)材料的堆疊層；
[0009]圖2A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的圖1的晶體管的頂部之上的圖案化的光致抗蝕劑的側(cè)視圖；
[0010]圖2B示出了沿圖2A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0011]圖3A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在蝕刻遮蔽的堆疊層之后的圖2A的晶體管的側(cè)視圖；
[0012]圖3B示出了沿圖3A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0013]圖4A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在進(jìn)行反應(yīng)離子蝕刻(RIE)以形成梯形形狀的鰭之后的圖3A的晶體管的俯視圖；
[0014]圖4B示出了沿圖4A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0015]圖5A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在梯形形狀的鰭上進(jìn)行選擇性的CNT設(shè)置之后的圖4A的晶體管的俯視圖；
[0016]圖5B示出了圖5A的晶體管的側(cè)視圖；
[0017]圖5C示出了沿圖5B的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0018]圖6A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在形成源極接觸和漏極接觸之后的圖5A的晶體管的側(cè)視圖；
[0019]圖6B示出了沿圖6A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0020]圖7A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在進(jìn)行濕法蝕刻以將CNT懸在柵極區(qū)域中之后的圖6A的晶體管的側(cè)視圖；
[0021 ]圖7B示出了沿圖7A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0022]圖8A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在沉積犧牲柵極電介質(zhì)之后的圖7A的晶體管的側(cè)視圖；
[0023]圖SB示出了沿圖8A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0024]圖9A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在形成柵極間隔體之后的圖8A的晶體管的側(cè)視圖；
[0025]圖9B示出了沿圖9A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0026]圖1OA示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在移除犧牲柵極電介質(zhì)之后的圖9A的晶體管的側(cè)視圖；
[0027]圖1OB示出了沿圖1OA的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0028]圖1lA示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在靠近柵極間隔體沉積柵極電介質(zhì)之后的圖1OA的晶體管的側(cè)視圖；
[0029]圖1lB示出了沿圖1lA的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D；
[0030]圖12A示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的在沉積金屬柵極之后的圖1lA的晶體管的側(cè)視圖；以及
[0031 ]圖12B示出了沿圖12A的虛線軸線的截面?zhèn)纫晥D。
【具體實(shí)施方式】
[0032]本公開涉及CNTFET，現(xiàn)在將參考附圖對(duì)其進(jìn)行詳細(xì)描述。在不同的實(shí)施例中，相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0033]下述定義和縮寫將用于權(quán)利要求和說明書的解釋。如本文所使用的，術(shù)語“包含”、“包含有”、“包括”、“包括有”、“具有”或“含有”，或者它們的任何其它變型，意在涵蓋非排他性的包容。例如，包括一系列元素的合成物、混合物、工藝、方法、物品或裝置并不必然僅限定于這些元素，而是可以包括沒有明確列出的或這些合成物、混合物、工藝、方法、物品或裝置固有的其它元素。
[0034]如本文所使用的，在元素或部件之前的關(guān)于元素或部件的實(shí)例(即出現(xiàn))的數(shù)目的冠詞“一”意為非限定性的。因此，“一”應(yīng)當(dāng)被理解為包括一個(gè)或至少一個(gè)，且元素或部件的單數(shù)單詞形式也包括復(fù)數(shù)，除非該數(shù)目明確的表示單數(shù)。
[0035]如本文所使用的，術(shù)語“發(fā)明”或“本發(fā)明”是非限定性的術(shù)語，且并非意在指特定發(fā)明的任何單一方面，而是包含了如說明書和權(quán)利要求中所描述的所有可能的方面。
[0036]如本文所使用的，所采用的術(shù)語“大約”，其修正了發(fā)明采用的成分、組分或反應(yīng)物的數(shù)量，是指可能發(fā)生的數(shù)值數(shù)量中的變化，例如，通過用于制作濃縮液或溶液的典型的測量和液體處理程序。此外，變化可能發(fā)生自測量程序中的疏忽錯(cuò)誤、制造中的差別、來源、或用于制作化合物或執(zhí)行方法的成分的純度，以及諸如此類。在一方面，術(shù)語“大約”意味著在報(bào)告的數(shù)值的10%之內(nèi)。在另一方面，術(shù)語“大約”意味著在報(bào)告的數(shù)值的5%之內(nèi)。在又一方面，術(shù)語“大約”意味著在報(bào)告的數(shù)值的10、9、8、7、6、5、4、3、2、或1%之內(nèi)。
[0037]如本文所使用的，術(shù)語“鰭結(jié)構(gòu)”是突出于基板的頂表面之上的結(jié)構(gòu)，并具有長度、高度以及實(shí)質(zhì)上平行的側(cè)邊或具有兩個(gè)不同寬度的側(cè)邊。
[0038]如本文所使用的，術(shù)語“梯形形狀”意味著具有長度、高度以及不同寬度的結(jié)構(gòu)。
[0039]如本文所使用的，術(shù)語“等電位點(diǎn)”是特定分子或表面不攜帶凈電荷的pH。
[0040]本文所描述的CNTFET，其包括鰭結(jié)構(gòu)和懸在柵極結(jié)構(gòu)中的CNT，提供最佳的CNT節(jié)距控制和裝置靜電學(xué)(device electrostatics) XNT自對(duì)準(zhǔn)工藝也最小化寄生效應(yīng)(parasitics)。
[0041]參考圖1，晶體管100包括具有等電位點(diǎn)材料的堆疊層。晶體管100包括基板110、形成在基板110的頂表面上的電介質(zhì)材料層120、以及第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140的至少一個(gè)垂直交替堆疊體，其性質(zhì)將在下文進(jìn)一步詳細(xì)描述。從底部至頂部，每個(gè)垂直交替堆疊體包括一層對(duì)，該層對(duì)包括第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140。在一個(gè)實(shí)施例中，該至少一個(gè)層對(duì)形成為多個(gè)層對(duì)，該多個(gè)層對(duì)構(gòu)成第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140的交替堆疊體。晶體管可以包括任意對(duì)的堆疊層，只要其包括至少一對(duì)。盡管晶體管100包括直接設(shè)置在電介質(zhì)材料層120上的第一等電位點(diǎn)材料層130，但在另一示例性實(shí)施例中，第二等電位點(diǎn)材料140可以直接設(shè)置在電介質(zhì)材料層120上。
[0042]基板110包括電介質(zhì)材料、半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電材料、或它們的任意組合。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，基板包括硅?；?10的厚度被選擇為使得基板110為電介質(zhì)材料層120以及第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140的至少一個(gè)垂直交替堆疊體提供機(jī)械支撐。例如，基板110的厚度可以為從大約50微米至大約2毫米(mm)，盡管也可以采用更小或更大的厚度。
[0043]電介質(zhì)材料層120包括電介質(zhì)材料。合適的電介質(zhì)材料的非限定性示例包括氮化硅、氧化硅、介電金屬氧化物、或它們的任意組合。電介質(zhì)材料層120的厚度可以為從大約I納米(nm)至大約I微米，盡管也可以采用更小或更大的厚度。如果基板110包括在其頂部部分處的電介質(zhì)材料，那么電介質(zhì)材料層120是可選的。
[0044]每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130包括具有第一等電位點(diǎn)的第一等電位點(diǎn)材料。每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140包括具有第二等電位的第二等電位點(diǎn)材料，第二等電位點(diǎn)與第一等電位點(diǎn)不同。第一等電位點(diǎn)是第一等電位點(diǎn)材料層130的表面不攜帶凈電荷的pH，且第二等電位點(diǎn)是第二等電位點(diǎn)材料層140的表面不攜帶凈電荷的pH。
[0045]第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料被選擇，以使得第一等電位點(diǎn)與第二等電位點(diǎn)不同。在一個(gè)實(shí)施例中，第一等電位點(diǎn)大于第二等電位點(diǎn)。在另一實(shí)施例中，第二等電位點(diǎn)比第一等電位點(diǎn)大至少2.0個(gè)單位。在又一實(shí)施例中，第二等電位點(diǎn)比第一等電位點(diǎn)大至少4.0個(gè)單位。
[0046]第一等電位點(diǎn)材料的非限定性示例包括氧化硅。氧化硅具有大約2.0的等電位點(diǎn)。第二等電位點(diǎn)材料的非限定性示例包括氮化硅、介電金屬氧化物、或它們的組合。介電金屬化合物，例如氧化鉿，具有大約8.0的等電位點(diǎn)。氮化硅具有大約6.5的等電位點(diǎn)。
[0047]每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130的厚度大于0.5nm。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130的厚度可以例如是從大約1.5nm至大約300nm，盡管也可以采用更小或更大的厚度。
[0048]如果存在多個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130，那么每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130的厚度可以與其它第一等電位點(diǎn)材料層130的厚度相同或不同。同樣的，如果存在多個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140，那么每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140的厚度可以與其它第二等電位點(diǎn)材料層140的厚度相同或不同。第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140的任意一個(gè)的厚度可以相同或不同。
[0049]每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140的厚度大于半導(dǎo)體CNT的最小直徑。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140的厚度為半導(dǎo)體CNT的直徑的至少I至100倍。在另一實(shí)施例中，每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140的厚度為大約1.5、10、50、100、150、200、250或300醒或在大約1.5、10、50、100、150、200、250和30011111之間的任意范圍內(nèi)。
[0050]可以使用合適的沉積工藝，例如通過化學(xué)氣相沉積(CVD)、原子層沉積(ALD)、旋涂、物理氣相沉積(PVD)、或它們的任意組合，來沉積每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140。
[0051]每個(gè)垂直鄰近的第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140的對(duì)形成雙層堆疊體，該雙層堆疊體包括一層對(duì)，例如第一等電位點(diǎn)材料層130和第二等電位點(diǎn)材料層140。垂直交替堆疊體的數(shù)目，例如雙層堆疊體的數(shù)目，可以由大約I至大約1000，盡管也可以采用更大的數(shù)目。
[0052]參考圖2A-2B，晶體管200包括在圖1的晶體管的垂直交替堆疊體的頂表面上的圖案化的光致抗蝕劑。光致抗蝕劑210被施加至垂直交替堆疊體的最頂層(第一等電位點(diǎn)材料層130或第二等電位點(diǎn)材料層140)。隨后通過曝光和顯影來光刻圖案化光致抗蝕劑。光致抗蝕劑被光刻圖案化以定義具有長度(L)和寬度(W)的光致抗蝕劑圖案。長度L大于或等于寬度W。
[0053]圖3A、3B、4A和4B示出了鰭結(jié)構(gòu)的各種實(shí)施例。圖3A-3B示出了具有帶有垂直堆疊體的鰭結(jié)構(gòu)的晶體管300，其具有相對(duì)于基板110以大約90°取向的實(shí)質(zhì)上平行的側(cè)邊。圖4A-4B示出了具有梯形形狀的鰭結(jié)構(gòu)的晶體管400 ο在圖5A-5C、6A-6B、7A-7B、8A-8B、9A-9B、10八-108、114-118、或12六-128中示出的以下任意一個(gè)工藝可以應(yīng)用至晶體管300或晶體管400。盡管為了簡單起見，圖3A、3B、4A和4B示出了布置在基板上的單一鰭結(jié)構(gòu)，但是任意數(shù)目的鰭結(jié)構(gòu)可以布置在基板上作為鰭結(jié)構(gòu)的陣列。例如，數(shù)百個(gè)、數(shù)千個(gè)、或數(shù)百萬個(gè)鰭結(jié)構(gòu)可布置為基板上的陣列。
[0054]參考圖3A-3B，晶體管300示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的蝕刻遮蔽的堆疊層之后的圖2A-2B的晶體管。通過采用圖案化的光致抗蝕劑作為蝕刻掩模的各向異性蝕刻，光致抗蝕劑圖案被轉(zhuǎn)移至第一等電位點(diǎn)圖案層130和第二等電位點(diǎn)圖案層140的垂直交替堆疊體。圖案化的堆疊體是突出于基板110的頂表面之上的鰭結(jié)構(gòu)，并具有沿縱向方向的實(shí)質(zhì)上平行的第一對(duì)側(cè)壁以及沿橫向方向的第二對(duì)側(cè)壁。沿縱向方向的側(cè)壁相對(duì)于基板110以大約90°取向。例如，每個(gè)鰭結(jié)構(gòu)可以具有沿縱向方向的長度L，縱向方向是實(shí)質(zhì)上垂直于電介質(zhì)材料層120的頂表面的表面法向的第一水平方向。每個(gè)鰭結(jié)構(gòu)具有沿橫向方向的寬度W，橫向方向是實(shí)質(zhì)上垂直于電介質(zhì)材料層120的頂表面的表面法向并垂直于縱向方向的第二水平方向。長度L大于寬度W。
[0055]例如通過灰化(ashing)來移除圖案化的光致抗蝕劑。在一個(gè)實(shí)施例中，寬度W為大約5nm至大約50微米，且長度L為大約5nm至大約50微米，盡管也可以采用更小或更大的寬度W、更小或更大的長度L、以及更小或更大的高度。
[0056]盡管鰭結(jié)構(gòu)310具有相對(duì)于基板110以大約90°取向的縱向側(cè)壁，但縱向側(cè)壁也可以相對(duì)于基板110以小于90°的角度取向(未示出)。例如，鰭結(jié)構(gòu)310可以具有相對(duì)于基板110以大約45°至大約90°取向的縱向側(cè)壁。在其它實(shí)施例中，鰭結(jié)構(gòu)310可以具有相對(duì)于基板110以在大約45°、55。、60。、65。、70。、75。、80。、85°或90°之間的任意范圍內(nèi)的角度取向的縱向側(cè)壁。
[0057]參考圖4A-4B，晶體管400包括根據(jù)另一實(shí)施例的梯形形狀的鰭410?？梢栽趯?duì)圖3A-3B的鰭結(jié)構(gòu)進(jìn)行蝕刻之后，使用合適的蝕刻工藝，例如反應(yīng)離子蝕刻(RIE)，來形成梯形形狀的鰭41(LRIE是一種使用化學(xué)反應(yīng)等離子體來移除沉積在晶片上的材料的干法蝕刻方法。通過電磁場在低壓(真空壓力)下產(chǎn)生等離子體。來自等離子體的高能離子攻擊(attack)鰭結(jié)構(gòu)表面并與其反應(yīng)。使用RIE來形成具有長度L以及第一寬度W1和第二寬度W2的梯形鰭結(jié)構(gòu)。第一寬度W1對(duì)應(yīng)于設(shè)置在基板110上的垂直堆疊體的底表面410。第二寬度W2對(duì)應(yīng)于該垂直堆疊體的頂表面420。第一寬度奶大于第二寬度w2。梯形形狀的鰭410可以有利的避免在后續(xù)的工藝步驟(例如RIE和沉積)期間的陰影效應(yīng)(shadow effect)。
[0058]參考圖5A-5C，晶體管500包括多個(gè)CNT，該多個(gè)CNT接觸從電介質(zhì)材料120突出的梯形形狀的鰭410XNT 510選擇性的接觸梯形形狀的鰭結(jié)構(gòu)410中的第二等電位點(diǎn)材料層140的縱向側(cè)520XNT 510通過靜電相互作用或電荷與電荷相互作用與第二等電位點(diǎn)材料層140接觸或相互作用。在另一實(shí)施例中，CNT 510類似地結(jié)合到鰭結(jié)構(gòu)310(未示出)。
[0059]可選的，表面單層(未示出)選擇性的形成在第二等電位點(diǎn)材料層140的表面上(在下文討論)。表面單層提供結(jié)合至增溶且?guī)щ姷腃NT 510的靜電荷(在下文討論)。
[0060]為將CNT510結(jié)合或接觸到第二等電位點(diǎn)材料層140，CNT 510和第二等電位點(diǎn)材料層140可以帶相反的電荷。第二等電位點(diǎn)材料層140可以通過在縱向側(cè)520的表面上形成帶電單層或通過調(diào)整PH而帶電。CNT可以通過在離子表面活性劑中增溶而帶電。
[0061]為了結(jié)合或接觸CNT510，基板110、可選的電介質(zhì)材料層120以及梯形形狀的鰭410可以浸沒在CNT浴中。CNT浴包括在水溶液中的CNT 510。水溶液可以是具有7.0的pH的去離子水?？蛇x的，通過添加酸或堿來調(diào)整pH，以將pH改變?yōu)榈谝坏入娢稽c(diǎn)和第二等電位點(diǎn)之間的值。離子表面活性劑被添加至CNT浴。離子表面活性劑可以是附接至CNT 510的陰離子表面活性劑，并向CNT 510傳遞負(fù)電荷。離子表面活性劑也可以是附接至CNT 510的陽離子表面活性劑，并向CNT 510傳遞正電荷。
[0062]在一個(gè)實(shí)施例中，第二等電位點(diǎn)大于第一等電位點(diǎn)，且離子表面活性劑是陰離子表面活性劑。一種示例性的陰離子表面活性劑是十二烷基硫酸鈉(SDS)。例如，每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140包括選自氮化硅和介電金屬氧化物的材料，且每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130包括氧化硅。在這種情況下，與包括溶液的CNT 510接觸的每個(gè)第二等電位點(diǎn)材料層140的表面變?yōu)閹д姾?，這是由于第二等電位點(diǎn)大于CNT溶液的pH。與CNT溶液接觸的每個(gè)第一等電位點(diǎn)材料層130的表面變?yōu)閹ж?fù)電荷，這是由于第一等電位點(diǎn)小于CNT溶液的pH。自由浮動(dòng)的CNT 510通過陰離子表面活性劑變?yōu)閹ж?fù)電荷。自由浮動(dòng)的CNT 510通過靜電力變?yōu)殪o電吸引到或者附接到第二等電位點(diǎn)材料層140。自由浮動(dòng)的CNT 510通過靜電力與第一等電位點(diǎn)材料層130靜電排斥。CNT 510，附接至第二等電位點(diǎn)材料層140的表面時(shí)，沿第二等電位點(diǎn)材料層140的縱向表面自對(duì)準(zhǔn)于縱向方向。
[0063]在一個(gè)示例性實(shí)施例中，第一等電位點(diǎn)材料層130是氧化硅，第二等電位點(diǎn)材料層140是氮化娃，且4-(1'|-輕基甲酰胺基)-1-甲基碘代[1比啶(4-(1'|-117(11'(?5^31'13(?311^(10)-1-methylpyridinium 1dide(匪PI))單層選擇性的形成在氮化娃的表面上。NMPI單層包括自組裝在金屬氧化物表面上，而不是在氧化娃上，的異輕西酸端基(hydroxamic acid endgroup)。通過將基板放置在匪PI的NMPI溶液中來組裝匪PI單層。功能化(funct1nalized)的表面隨后被放置在水性CNT溶液中。通過使用陰離子表面活性劑(例如十二烷基硫酸鈉(SDS))來增溶CNT 510^MPI陰離子(碘化物)與圍繞CNT 510的陰離子表面活性劑交換，這導(dǎo)致帶負(fù)電的表面活性劑和帶正電的單層之間的庫侖/靜電吸引。CNT 510被特別的結(jié)合到暴露的氮化硅表面。NMPI的碘化物和表面活性劑的鈉離子作為碘化鈉而被移除，其溶解在溶液中。
[0064]參考圖6A-6B，在晶體管600中，在基板110的橫向邊緣側(cè)處，源極接觸610和漏極接觸620直接形成在附接至第二等電位點(diǎn)材料層140的CNT 510上。源極接觸610和漏極接觸620包括一種或多種金屬。源極接觸結(jié)構(gòu)610與每個(gè)CNT 510的一個(gè)端部接觸，而漏極接觸結(jié)構(gòu)620與每個(gè)CNT 510的另一個(gè)端部接觸。CNT 510錨定(anchor)在源極接觸610和漏極接觸620中。CNT 510的與源極接觸610接觸的端部部分共同的起到FET的源極的作用。CNT 510的與漏極接觸620接觸的端部部分共同的起到FET的漏極的作用。
[0065]可以通過剝離工藝(lift-off process)來形成源極接觸610和漏極接觸620。在剝離工藝中，使用光致抗蝕劑來形成反向圖案。隨后將金屬沉積在暴露的表面區(qū)域上，其將形成源極接觸610和漏極接觸620。當(dāng)光致抗蝕劑被清洗后，光致抗蝕劑的頂部之上的不需要的金屬被剝離并隨著光致抗蝕劑被清洗掉。
[0066]參考圖7A-7B，梯形形狀的鰭結(jié)構(gòu)410被濕法蝕刻以將CNT510懸在中心柵極區(qū)域中，并將CNT 510錨定在晶體管700的源極接觸610和漏極接觸620中。CNT 510相對(duì)于垂直于基板110的軸以錐形方向被堆疊。CNT 510取向?yàn)閷?shí)質(zhì)上平行于基板110XNT 510被懸吊作為布置在源極接觸610和漏極接觸620內(nèi)的鰭結(jié)構(gòu)之間的CNT 510陣列。
[0067]參考圖8A-8B，犧牲柵極電介質(zhì)810沉積在晶體管800上并被圖案化。犧牲柵極電介質(zhì)810圍繞在鰭結(jié)構(gòu)之間的基板110的中心柵極區(qū)域中的懸吊CNT 510。犧牲柵極電介質(zhì)810可以包括氧化硅基電介質(zhì)材料或高k電介質(zhì)材料(例如介電金屬氧化物)?？梢酝ㄟ^原子層沉積(ALD)來沉積犧牲柵極電介質(zhì)810。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)材料層810包括氧化鉿、氧化鋁、或它們的任意組合。在另一實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)材料層810包括氧化物材料，例如金屬氧化物材料。
[0068]參考圖9A-9B，通過沉積柵極間隔體電介質(zhì)材料層以及后續(xù)的對(duì)柵極間隔體電介質(zhì)材料層的各向異性蝕刻(例如通過RIE)來形成晶體管900中的電介質(zhì)柵極間隔體910。柵極間隔體電介質(zhì)材料層包括電介質(zhì)材料。電介質(zhì)材料可以是氮化娃、氧化娃、介電金屬氧化物、或它們的任意組合。各向異性蝕刻移除柵極間隔體電介質(zhì)材料層的水平部分。柵極間隔體電介質(zhì)材料層的剩余垂直部分形成電介質(zhì)柵極間隔體910，其橫向圍繞犧牲柵極電介質(zhì)810的堆疊體。柵極間隔體910的厚度可以為大約Inm至大約lOOnm，盡管也可以采用更小或更大的厚度。
[0069 ]參考圖1OA和圖1OB，犧牲柵極電介質(zhì)810的水平部分被從晶體管1000移除。例如，通過浸入氟化氫(hydrogen fluoride)來移除犧牲柵極電介質(zhì)810。隨后CNT 510可以自由的懸在基板110的中心柵極區(qū)域中。
[0070]參考圖11A和圖1IB，柵極電介質(zhì)1110被沉積在晶體管900的中心柵極區(qū)域中以及源極接觸610和漏極接觸620的頂表面上并被圖案化。懸吊的CNT 510被柵極電介質(zhì)1110圍繞。柵極電介質(zhì)1110可以包括氧化硅基電介質(zhì)材料或高k電介質(zhì)材料(例如介電金屬氧化物)?？梢酝ㄟ^ALD來沉積柵極電介質(zhì)1110。在一個(gè)實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)材料層1110包括氧化鉿、氧化鋁、或它們的組合。
[0071]參考圖12A和圖12B，在晶體管1200中，金屬柵極材料1210鄰近柵極間隔體910被沉積在中心柵極區(qū)域中。金屬柵極材料1210、柵極間隔體910、以及柵極電介質(zhì)1110形成柵極電極。柵極電極圍繞CNT 510。柵極電極包括在錐形、非垂直堆疊方向上懸吊的CNT 510。金屬柵極材料1210通過柵極間隔體910和柵極電介質(zhì)1110與源極接觸610和漏極接觸620間隔開。
[0072 ]在另一實(shí)施例中，圖 5A-5C、6A-6B、7A-7B、8A-8B、9A-9B、1A-1OB、11A-11B、或 12A-12B中所示的上述任意工藝或方法可以應(yīng)用到鰭結(jié)構(gòu)310，以將CNT 510懸在中心柵極區(qū)域中，并將CNT 510錨定在晶體管的源極接觸610和漏極接觸620中(未示出)。與錐形陣列相比，最終的晶體管將包括實(shí)質(zhì)上垂直方向堆疊的懸吊的CNT陣列。
[0073]雖然已經(jīng)以特定實(shí)施例的形式描述了本公開，但顯然，由于上文的說明，很多替代、修改和變型對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。本公開的各種實(shí)施例可以單獨(dú)的實(shí)施，或者與本文描述的任意其他實(shí)施例組合，除非各種實(shí)施例之間的不兼容性被明確的指出或?qū)τ诒绢I(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的。相應(yīng)的，本公開旨在包含落入本公開和下述權(quán)利要求的范圍和精神內(nèi)的所有這些替代、修改和變型。
[0074]本文所使用的術(shù)語僅為描述特定實(shí)施例的目的，且不意在限定本發(fā)明。如本文所使用的，單數(shù)形式“一”和“該”意在包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另外明確表示。還應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語“包含”和/或“包括”，當(dāng)在說明書中使用時(shí)，列舉了所述特征、整體、步驟、操作、元素、和/或部件的存在，但是并不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整體、步驟、操作、元素、部件、和/或它們的群組的存在或增加。
[0075]下述權(quán)利要求中的所有方法或步驟中的相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和等價(jià)物加上功能元素意在包括與如特定要求的其它要求的元素相結(jié)合的用于執(zhí)行功能的任意結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。已為示例和說明的目的呈現(xiàn)了本發(fā)明的說明，但并不意在窮盡或限定本發(fā)明為公開的形式。在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，許多修飾和變型對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將是顯而易見的。實(shí)施例被選擇和描述以最佳的解釋本發(fā)明的構(gòu)思和實(shí)際應(yīng)用，并使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明，用于各種實(shí)施例以及適用于預(yù)想的特定用途的多種修飾。
[0076]本文所繪示的流程圖僅是一個(gè)示例。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，對(duì)于其中描述的圖形或步驟(或操作)可以有多種變型。例如，可以按照不同的順序執(zhí)行步驟，或可以增加、減少或修改步驟。所有這些變型可以視為所要求保護(hù)的發(fā)明的一部分。
[0077]已為示例目的呈現(xiàn)了本發(fā)明的各種實(shí)施例的說明，但并不意在窮盡或限定本發(fā)明為公開的實(shí)施例。本文使用的術(shù)語被選擇以最佳的解釋實(shí)施例的構(gòu)思、實(shí)際應(yīng)用或在市場上所找到的技術(shù)上的技術(shù)改進(jìn)，或者使得本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本文公開的實(shí)施例。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種晶體管裝置，包括: 布置在基板上的鰭結(jié)構(gòu)的陣列，每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)是第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料的垂直交替堆疊體，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)； 一個(gè)或多個(gè)碳納米管，懸在所述鰭結(jié)構(gòu)之間，并且接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面； 柵極，圍繞所述一個(gè)或多個(gè)碳納米管；以及 源極接觸和漏極接觸，布置在所述鰭結(jié)構(gòu)上， 其中每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)具有梯形形狀或相對(duì)于所述基板以大約90°取向的平行側(cè)邊。2.如權(quán)利要求1所述的晶體管裝置，其中所述第二等電位點(diǎn)大于所述第一等電位點(diǎn)。3.如權(quán)利要求1所述的晶體管裝置，其中所述第二等電位點(diǎn)材料包括氮化硅。4.如權(quán)利要求1所述的晶體管裝置，其中所述第一等電位點(diǎn)材料包括氧化硅。5.如權(quán)利要求1所述的晶體管裝置，其中所述一個(gè)或多個(gè)碳納米管被柵極電介質(zhì)材料圍繞。6.如權(quán)利要求1所述的晶體管裝置，其中所述柵極包括柵極電介質(zhì)材料和導(dǎo)電金屬柵極材料。7.如權(quán)利要求6所述的晶體管裝置，其中所述柵極還包括柵極間隔體，所述柵極間隔體包括電介質(zhì)材料。8.如權(quán)利要求6所述的晶體管裝置，其中所述柵極電介質(zhì)材料是氧化硅基電介質(zhì)材料或高k電介質(zhì)材料。9.一種制作晶體管裝置的方法，所述方法包括: 形成鰭結(jié)構(gòu)的陣列，所述鰭結(jié)構(gòu)的陣列布置在基板上，且每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)具有一層對(duì)，所述層對(duì)包括第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)； 在所述鰭結(jié)構(gòu)之間使所述柵極圍繞碳納米管，以將所述碳納米管懸在所述柵極中，所述碳納米管接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面;以及 在所述鰭結(jié)構(gòu)上形成源極接觸和漏極接觸， 其中所述碳納米管在所述柵極內(nèi)布置為實(shí)質(zhì)上垂直的陣列或非垂直的錐形陣列。10.如權(quán)利要求9所述的方法，其中柵極電介質(zhì)材料圍繞所述碳納米管且所述柵極電介質(zhì)材料是氧化鉿、氧化鋁或它們的組合。11.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述碳納米管錨定在所述源極接觸和所述漏極接觸中。12.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述柵極包括金屬柵極材料，所述金屬柵極材料通過柵極間隔體和柵極電介質(zhì)材料與所述源極接觸和所述漏極接觸間隔開。13.如權(quán)利要求9所述的方法，其中每個(gè)所述鰭結(jié)構(gòu)的寬度小于所述鰭結(jié)構(gòu)的長度。14.如權(quán)利要求9所述的方法，其中所述碳納米管通過靜電相互作用接觸所述第二等電位點(diǎn)材料。15.如權(quán)利要求9所述的方法，還包括將帶正電的表面單層選擇性的安裝在所述第二等電位點(diǎn)材料上。16.—種制作晶體管裝置的方法，所述方法包括: 形成鰭結(jié)構(gòu)，所述鰭結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)層對(duì)，每個(gè)層對(duì)包括第一等電位點(diǎn)材料和第二等電位點(diǎn)材料，所述第一等電位點(diǎn)材料具有第一等電位點(diǎn)，所述第二等電位點(diǎn)材料具有與所述第一等電位點(diǎn)不同的第二等電位點(diǎn)； 使碳納米管選擇性的接觸所述鰭結(jié)構(gòu)中的所述第二等電位點(diǎn)材料的側(cè)表面； 在所述鰭結(jié)構(gòu)的相對(duì)端部上形成源極接觸和漏極接觸； 移除所述鰭結(jié)構(gòu)在所述源極接觸和所述漏極接觸之間的部分，從而懸吊所述碳納米管；以及 形成圍繞所述碳納米管的柵極。17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述鰭結(jié)構(gòu)具有梯形形狀。18.如權(quán)利要求16所述的方法，還包括:在所述碳納米管選擇性的接觸所述第二等電位點(diǎn)材料之前，使用表面活性劑來增溶所述碳納米管。19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述表面活性劑是帶負(fù)電的。20.如權(quán)利要求18所述的方法，其中所述碳納米管實(shí)質(zhì)上平行于基板。
【文檔編號(hào)】H01L29/78GK106024890SQ201610191444
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發(fā)明人】曹慶, 程慷果, 李正文, 劉菲, 章貞
【申請人】國際商業(yè)機(jī)器公司