CN105097904A - 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法 - Google Patents

隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN105097904A
CN105097904A CN201410185138.3A CN201410185138A CN105097904A CN 105097904 A CN105097904 A CN 105097904A CN 201410185138 A CN201410185138 A CN 201410185138A CN 105097904 A CN105097904 A CN 105097904A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon nano
tube
grid
contact
effect transistor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201410185138.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105097904B (zh
Inventor
肖德元
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Original Assignee
Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp filed Critical Semiconductor Manufacturing International Shanghai Corp
Priority to CN201410185138.3A priority Critical patent/CN105097904B/zh
Priority to US14/559,408 priority patent/US9530977B2/en
Publication of CN105097904A publication Critical patent/CN105097904A/zh
Priority to US15/350,504 priority patent/US9735362B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN105097904B publication Critical patent/CN105097904B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/20—Carbon compounds, e.g. carbon nanotubes or fullerenes
    • H10K85/221—Carbon nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/481—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the gate conductors
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]
    • H10K10/484—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs] characterised by the channel regions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/80—Constructional details
    • H10K10/82—Electrodes
    • H10K10/84—Ohmic electrodes, e.g. source or drain electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/30—Doping active layers, e.g. electron transporting layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/60—Forming conductive regions or layers, e.g. electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K10/00—Organic devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching; Organic capacitors or resistors having potential barriers
    • H10K10/40—Organic transistors
    • H10K10/46—Field-effect transistors, e.g. organic thin-film transistors [OTFT]
    • H10K10/462—Insulated gate field-effect transistors [IGFETs]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法，包括：位于衬底上的绝缘层；位于绝缘层上的栅极；位于栅极两侧并且位于绝缘层上的源区接触和漏区接触；碳纳米管，被栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过栅极并且由源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的具有第一导电类型的第一部分和漏区接触侧的具有第二导电类型的第二部分；源区接触和栅极通过碳纳米管的第一部分间隔开，漏区接触和栅极通过碳纳米管的第二部分间隔开。该隧穿碳纳米管场效应晶体管是一种新型器件，能够降低工作电压，使其适用于CMOS技术和超大规模集成电路。

Description

隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法。
背景技术
根据摩尔定律，集成电路上的器件尺寸每两年减小将近一半。自20世纪后期以来，器件的尺寸减小已经成为技术进步的驱动力。然而，正如ITRS(InternationalTechnologyRoadmapforSemiconductors，国际半导体技术蓝图)2009年版中所指出的，当临界尺寸缩小到亚22nm范围内时，器件尺寸的进一步减小将面临关于制造工艺和器件性能的限制。这些限制包括从短沟道和薄绝缘膜隧穿的电子、相关联的泄漏电流、无源功率消耗、短沟道效应、以及器件结构和掺杂的变化等等。通过采用单个碳纳米管或者碳纳米管阵列代替传统体MOSFET结构的沟道材料，可以在一定程度上克服上述限制并且进一步缩小器件尺度。
最近报道了在理想的全包围栅极结构中，具有自对准栅极的碳纳米管场效应晶体管(CarbonNanoTubeFieldEffectTransistor,CNTFET)尺寸已经降到了20nm。包围碳纳米管沟道的栅极的均匀性得到了巩固，并且这样的工艺也没有造成对碳纳米管的损害。
现有技术中公开了一种平面型结构的碳纳米管场效应晶体管，该平面型结构的碳纳米管场效应晶体管可以在基底中形成栅极，在栅极上方形成碳纳米管，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。另外，现有技术中还公开了一种包围型结构的碳纳米场效应晶体管，该包围型结构的碳纳米场效应晶体管可以在基底中形成沟槽，在沟槽上形成碳纳米管，在沟槽中包围碳纳米管形成栅极，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。
然而现有技术中的碳纳米管场效应晶体管的工作电压较高，耗能大，还不适用于CMOS技术和超大规模集成电路。而设计较好的隧穿碳纳米管场效应晶体管能够使未来的超大规模集成电路工作在0.1V的电压处并且具有亚60mV/decade的亚阈值振荡特性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，该隧穿碳纳米管场效应晶体管能够降低工作电压，使其适用于CMOS技术和超大规模集成电路。
根据本发明的第一方面，提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，包括：
位于衬底上的绝缘层；
位于所述绝缘层上的栅极；
位于所述栅极两侧并且位于所述绝缘层上的源区接触和漏区接触；
碳纳米管，被所述栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过所述栅极并且由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的第一部分和漏区接触侧的第二部分；
其中所述源区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第一部分间隔开，所述漏区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第二部分间隔开。
优选地，其中所述碳纳米管具有1-3纳米的直径。
优选地，其中所述碳纳米管由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，并距离所述绝缘层1-7纳米。
优选地，其中所述源区接触、栅极和漏区接触各自具有包围所述碳纳米管的具有圆形横截面的第一部分和位于所述绝缘层上的第二部分。
优选地，其中所述碳纳米管的第一部分的至少一部分没有被所述栅极和源区接触所包围，以及所述碳纳米管的第二部分的至少一部分没有被所述栅极和漏区接触所包围。
优选地，其中所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型。
优选地，其中通过Pd形成与所述碳纳米管接触从而形成源区接触，以及通过Ca形成与所述碳纳米管接触从而形成漏区接触。
优选地，其中Pd与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第二部分具有第二导电类型。
优选地，其中Pd能够用作源区接触，以及Ca能够用作漏区接触。
根据本发明的第二方面，提供一种隧穿场效应晶体管，包括：
位于衬底上的绝缘层；
位于所述绝缘层上的栅极；
位于所述栅极两侧的源区接触和漏区接触；
碳纳米管，被所述栅极、源区接触和漏区接触包围，其中所述碳纳米管的第一部分用作源区，具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分用作漏区，具有第二导电类型。
优选地，其中所述碳纳米管的第一部分将所述源区接触和所述栅极间隔开，所述碳纳米管的第二部分将所述漏区接触和所述栅极间隔开。
优选地，其中所述栅极与所述源区接触和漏区接触位于相同的绝缘层上。
根据本发明的第三方面，提供一种制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管；
对所述碳纳米管进行掺杂，以使得所述栅极两侧的碳纳米管部分分别形成具有不同导电类型的源区和漏区；以及
在源区和漏区处形成源区接触和漏区接触，所述源区接触和漏区接触通过所述碳纳米管的至少一部分与所述栅极间隔开。
优选地，其中在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管包括：
在所述绝缘层上形成多孔硅层；
在所述多孔硅层上形成具有开口的光刻胶层，通过所述开口施加金属催化剂溶液；
烘焙并且去除所述光刻胶层；
利用化学反应在所述多孔硅层中形成碳纳米管；
去除部分所述多孔硅层以暴露至少部分所述绝缘层，使得所述碳纳米管的两端由剩余的多孔硅层支撑；
在所述绝缘层上形成包围所述碳纳米管的栅极；
去除剩余的多孔硅层。
优选地，其中对所述碳纳米管进行掺杂包括：利用蒸发和剥离工艺以金属Pd和Ca在所述栅极的两侧形成与所述碳纳米管的接触从而形成源区接触和漏区接触。
优选地，其中由金属Pd和Ca形成的接触分别用作源区接触和漏区接触，且位于所述绝缘层上并且包围所述碳纳米管。
优选地，其中金属Pd与Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的相应部分分别具有第一和第二导电类型。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中：
图1是示意性地示出根据本发明的实施例的制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法的流程图。
图2是示意性地示出图1中的步骤S103的具体流程的流程图。
图3是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图4是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图5是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图6是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图7是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图8是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图9是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图10是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
图11是示意性地示出根据本发明实施例的隧穿碳纳米管场效应晶体管的结构的透视图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
本发明提供了提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管(参见图11)，包括：位于衬底701(例如硅衬底)上的绝缘层702(例如二氧化硅)，其中绝缘层702的厚度例如可以为10纳米至100纳米，例如为50纳米；位于绝缘层702上的栅极1205，所述栅极1205可以为例如高k金属栅极；位于栅极1205两侧并且位于绝缘层702上的源区接触1509和漏区接触1510；碳纳米管1004，被栅极1205包围，所述碳纳米管1004延伸穿过栅极1205并且由源区接触1509、栅极1205和漏区接触1510支撑，碳纳米管1004包括源区接触1509侧的第一部分10041和漏区接触1510侧的第二部分10042；
其中源区接触1509和栅极1205通过碳纳米管1004的第一部分10041间隔开，漏区接触1510和栅极1205通过碳纳米管1004的第二部分10042间隔开。
根据本发明的实施例，碳纳米管1004的第一部分10041的至少一部分没有被栅极1205和源区接触1509所包围，以及碳纳米管1004的第二部分10042的至少一部分没有被栅极1205和漏区接触1510所包围。
根据本发明的实施例，碳纳米管1004的第一部分10041用作源区，具有第一导电类型，碳纳米管1004的第二部分10042用作漏区，具有第二导电类型。这里第一导电类型与第二导电类型不同。例如，可以通过掺杂使得碳纳米管1004的第一部分10041具有P型，以及使得碳纳米管1004的第二部分10042具有N型；进一步地，碳纳米管1004的第一部分10041可以具有P+型，碳纳米管1004的第二部分10042可以具有N+型，而栅极所包围的碳纳米管部分具有N型。或者可选地，碳纳米管1004的第一部分10041可以具有N型，碳纳米管1004的第二部分10042可以具有P型；进一步地，碳纳米管1004的第一部分10041可以具有N+型，碳纳米管1004的第二部分10042可以具有P+型，而栅极所包围的碳纳米管部分可以具有P型。
在通过掺杂形成碳纳米管的不同导电类型源区和漏区之后，可以分别在栅极的两侧形成源区接触和漏区接触。
在另一个实施例中，本发明提出了可以通过特定的金属材料与碳纳米管接触，从而使得碳纳米管的相应部分具备不同的导电类型。例如，可以使用金属Pd与碳纳米管1004接触使得碳纳米管1004的第一部分10041具有第一导电类型，例如P型。可以使用金属Ca与碳纳米管1004接触使得碳纳米管1004的第二部分10042具有第二导电类型，例如N型。
本领域的技术人员应该理解，上述实施例仅是示例性的，本发明的范围并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，可以使用其他的材料与碳纳米管接触使得碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，第二部分具有第二导电类型。
在根据本发明的实施例中，Pd与碳纳米管1004形成的接触以及Ca与碳纳米管1004形成的接触可以形成可以用作源区接触和漏区接触1509、1510。在该实施例中，金属Pd与Ca与碳纳米管的接触可以同时起到使得碳纳米管具备不同导电类型的源区和漏区以及为源区和漏区形成接触的作用。
当碳纳米管的第一部分为P型，碳纳米管的第二部分为N型，在漏区接触上接正电压，若栅极电压为零，则不发生隧穿效应；若栅极接正电压并且大于阈值电压时，电子能够从源区接触隧穿经过碳纳米管到达漏区接触，从而形成导通。当碳纳米管的第一部分为N型，碳纳米管的第二部分为P型，在漏区接触上接负电压，若栅极电压为零，则不发生隧穿效应；若栅极接负电压并且大于阈值电压时，电子能够从漏区接触隧穿经过碳纳米管到达源区接触，从而形成导通。根据本发明的实施例的隧穿碳纳米管场效应晶体管可以降低工作电压，适用于CMOS技术和超大规模集成电路，提高了器件的性能。
根据本发明的另一个实施例，所述隧穿碳纳米管场效应晶体管还可以包括：在绝缘层702上，紧邻栅极1205两侧，并且包围所述碳纳米管1004至少一部分的侧墙1406。
根据本发明的实施例，碳纳米管1004具有1-3纳米的直径。所述碳纳米管1004由源区接触1509、栅极1205和漏区接触1510支撑，并距离所述绝缘层1-7纳米。当然，上述关于本发明的尺寸仅是示例性的，本发明的范围并不仅限于此。
根据本发明的实施例，源区接触1509、栅极1205和漏区接触1510各自具有包围碳纳米管1004的具有圆形横截面的第一部分和位于绝缘层702上的第二部分(如图11所示)。本领域的技术人员应该理解，上述源区接触、栅极和漏区接触的形状仅是示例性的，本发明的范围并不仅限于此。
下面参考图1描述根据本发明的实施例的制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法。图1是示意性地示出根据本发明的实施例的制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法的流程图。
在步骤S101，提供衬底，例如如图3所示，衬底701可以是硅衬底。
在步骤S102，在衬底上形成绝缘层702，例如如图3所示，绝缘层702可以是二氧化硅。绝缘层702的厚度例如可以为10纳米至100纳米，例如为50纳米。
在步骤S103，在绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管。
在步骤S104，对碳纳米管进行掺杂，以使得源区接触与栅极之间的第一部分具有第一导电类型以及漏区接触与栅极之间的第二部分具有第二导电类型。
在步骤S105，在栅极的两侧形成源区接触和漏区接触，所述源区接触和漏区接触通过所述碳纳米管与所述栅极间隔开。
以下参考图2的流程图进一步描述图1中的步骤S103。
在步骤S201，在绝缘层上形成多孔硅层。
例如，形成多孔硅层的步骤可以包括：在绝缘层702上沉积重掺杂多晶硅，然后电解刻蚀多晶硅以形成多孔硅层703(如图3所示)。多孔硅层703的厚度例如可以为2纳米至10纳米，例如为5纳米。
在步骤S202，在多孔硅层上形成具有开口的光刻胶层，通过开口施加金属催化剂溶液。
在该步骤S202中，例如，如图4所示，首先在多孔硅层703上形成光刻胶层；然后对期望形成碳纳米管的区域上的光刻胶进行光刻形成具有开口的光刻胶层804以露出该区域的多孔硅层；最后通过开口将金属催化剂溶液注入所露出的该区域的多孔硅层。
根据本发明的实施例，如图4所示，如果期望在光刻胶层804的中央的区域上形成碳纳米管，则可以对该区域上的光刻胶进行光刻，从而形成开口以露出该区域的多孔硅层。本领域技术人员应当理解，图4中光刻胶层804的开口的形状不限于矩形，还可以是其它形状，例如椭圆形等。另外，本领域技术人员应当理解，图4中的开口的个数不限于一个，还可以是二个或更多个，例如三个。另外，本领域技术人员应当理解，图4中的开口的位置不限于在光刻胶层804的中央，还可以在其它位置，例如在光刻胶层804的上侧或下侧等。
根据本发明的实施例，金属催化剂可以包括铂、金、银、铜、镍中的至少之一。当然，本发明的范围并不仅限于此。
在步骤S203，烘焙并且去除所述光刻胶层。
例如，如图5所示，在将金属催化剂溶液通过开口注入到所露出的多孔硅层703之后，可以在氮或氢的环境中对金属催化剂溶液进行烘焙，使得溶液中的水分蒸发，从而形成金属纳米粒子。金属纳米粒子的直径例如为3纳米或更小。所形成的金属纳米粒子可以在稍后将要描述的形成碳纳米管的处理中用作金属催化剂。
在烘焙之后，可以将多孔硅层703上除开口之外的区域上的剩余的光刻胶去除，从而形成如图5所示的在多孔硅层703上的金属纳米粒子层904。如图5所示，多孔硅层703上的光刻胶层804全部被移除，并且在多孔硅层703的中央的区域形成了金属纳米粒子层904。
在步骤S204，利用化学反应在所述多孔硅层中形成碳纳米管。
例如，如图6所示，通过使金属催化剂与碳基化合物进行反应，可以在多孔硅层703的表面上形成碳纳米管1004。可以采用各种方式使金属催化剂与碳基化合物进行反应以形成碳纳米管1004。例如，可以采用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,CVD)的方式，金属催化剂在例如800-1000℃的温度下，在CVD腔室中与碳基化合物进行反应以形成碳纳米管1004。本领域技术人员应当理解，上述化学气相沉积方式仅为示例，还可以采用其它方式使金属催化剂与碳基化合物进行反应以形成碳纳米管1004。
例如，碳基化合物可以包括甲烷、乙烯、乙炔、一氧化碳和苯中的至少之一。本领域技术人员应该理解，还可以采用其它类型的碳基化合物，只要其可以与金属催化剂进行反应以形成碳纳米管即可。
优选地，碳纳米管可以为单壁碳纳米管。直径小于3纳米的任何金属粒子(例如包括铜、金、银等贵金属以及铁族元素)都可以产生单壁碳纳米管。单壁碳纳米管的典型直径为1纳米至3纳米。
关于单壁碳纳米管的形成，可以参见非专利文献1：DaisukeTakagi,etal.,Single-WalledCarbonNanotubeGrowthfromHighlyActivatedMetalNanoparticles,NanoLett.,2006,6(12),pp2642–2645。
在步骤S205，去除部分所述多孔硅层以暴露至少部分所述绝缘层，使得所述碳纳米管的两端由剩余的多孔硅层支撑。
例如，如图7所示，可以对多孔硅层703进行光刻，去除碳纳米管1004下方的部分多孔硅层703，例如去除在除碳纳米管两端部分以外的部分下方的多孔硅层703，仅保留位于碳纳米管两端部分的多孔硅层1103，使得只有碳纳米管1004的两端被剩余的多孔硅层1103支撑。本领域技术人员应当理解，可以根据实际需要确定需要去除的多孔硅层703的部分，只要剩余的多孔硅层1103能够分别支撑碳纳米管1004的两端即可。
在步骤S206，在所述绝缘层上形成包围所述碳纳米管的栅极；
优选地，可以在碳纳米管与栅极之间围绕碳纳米管形成高K电介质。例如，如图8所示，可以在绝缘层上并且在碳纳米管的中间部分围绕碳纳米管形成高K电介质1206。具体地，首先可以围绕整个碳纳米管形成高K电介质，然后对形成的高K电介质进行光刻，以去除围绕除碳纳米管的中间部分以外的部分的高K电介质，使得仅保留围绕碳纳米管的中间部分的高K电介质1206。接下来，可以围绕保留的高K电介质1206形成栅极1205。通过在碳纳米管的中间部分围绕碳纳米管形成栅极，可以改善栅极对碳纳米管沟道的栅控能力，降低源极与漏极之间的电子势垒。
在步骤S207，去除剩余的多孔硅层。
例如，如图9所示，可以将用于支撑碳纳米管1004两端的多孔硅1103去除，从而使得碳纳米管仅被所形成的栅极1205支撑。
通过上述步骤S201至S207，至此，在绝缘层上形成了由栅极包围并支撑的碳纳米管。
回到图1所示的步骤S104，接下来，对碳纳米管进行掺杂，以分别在栅极的两侧形成具有不同导电类型的源区和漏区10041、10042，如图11所示。随后，可以利用例如蒸发和剥离工艺在所述栅极的两侧形成源区接触和漏区接触1509、1510，源区接触和漏区接触1509、1510分别通过碳纳米管的至少一部分(10041、10042)与所述栅极间隔开。
在另一个实施例中，如前所述，可以利用金属Pd和金属Ca分别形成源区接触和漏区接触1509、1510。在该实施例中，金属Pd和Ca与碳纳米管的接触可以使得碳纳米管的相应部分10041和10042分别具有不同的导电类型。例如Pd与碳纳米管的接触可以使得碳纳米管部分10041具备P型导电类型，而Ca与碳纳米管的接触可以使得碳纳米管部分10042具备N型导电类型。
本领域的技术人员应该理解，上述源区接触和漏区接触的位置可以互换。本领域的技术人员还将理解，形成源区接触和漏区接触的材料仅是示例性的，本发明的范围并不仅限于此。
至此，已经详细描述了根据本发明的制造半导体器件的方法和所形成的半导体器件。为了避免遮蔽本发明的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。例如，如图10所示，可以在绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管之后，在栅极两侧形成侧墙1406。随后再在栅极的两侧形成源区和漏区以及相关的接触。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (17)

1.一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，包括：
位于衬底上的绝缘层；
位于所述绝缘层上的栅极；
位于所述栅极两侧并且位于所述绝缘层上的源区接触和漏区接触；
碳纳米管，被所述栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过所述栅极并且由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的第一部分和漏区接触侧的第二部分；
其中所述源区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第一部分间隔开，所述漏区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第二部分间隔开。
2.根据权利要求1所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中所述碳纳米管具有1-3纳米的直径。
3.根据权利要求1所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中所述碳纳米管由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，并距离所述绝缘层1-7纳米。
4.根据权利要求1所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中所述源区接触、栅极和漏区接触各自具有包围所述碳纳米管的具有圆形横截面的第一部分和位于所述绝缘层上的第二部分。
5.根据权利要求4所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中所述碳纳米管的第一部分的至少一部分没有被所述栅极和源区接触所包围，以及所述碳纳米管的第二部分的至少一部分没有被所述栅极和漏区接触所包围。
6.根据权利要求4所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型。
7.根据上述权利要求中任意一项的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中通过Pd形成与所述碳纳米管接触从而形成源区接触，以及通过Ca形成与所述碳纳米管接触从而形成漏区接触。
8.根据权利要求7所述的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中Pd与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第二部分具有第二导电类型。
9.根据权利要求7的隧穿碳纳米管场效应晶体管，其中Pd能够用作源区接触，以及Ca能够用作漏区接触。
10.一种隧穿场效应晶体管，包括：
位于衬底上的绝缘层；
位于所述绝缘层上的栅极；
位于所述栅极两侧的源区接触和漏区接触；
碳纳米管，被所述栅极、源区接触和漏区接触包围，其中所述碳纳米管的第一部分用作源区，具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分用作漏区，具有第二导电类型。
11.根据权利要求10所述的隧穿场效应晶体管，其中所述碳纳米管的第一部分将所述源区接触和所述栅极间隔开，所述碳纳米管的第二部分将所述漏区接触和所述栅极间隔开。
12.根据权利要求10-11中任意一项所述的隧穿场效应晶体管，其中所述栅极与所述源区接触和漏区接触位于相同的绝缘层上。
13.一种制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法，包括：
提供衬底；
在所述衬底上形成绝缘层；
在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管；
对所述碳纳米管进行掺杂，以使得所述栅极两侧的碳纳米管部分分别形成具有不同导电类型的源区和漏区；以及
在源区和漏区处形成源区接触和漏区接触，所述源区接触和漏区接触通过所述碳纳米管的至少一部分与所述栅极间隔开。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管包括：
在所述绝缘层上形成多孔硅层；
在所述多孔硅层上形成具有开口的光刻胶层，通过所述开口施加金属催化剂溶液；
烘焙并且去除所述光刻胶层；
利用化学反应在所述多孔硅层中形成碳纳米管；
去除部分所述多孔硅层以暴露至少部分所述绝缘层，使得所述碳纳米管的两端由剩余的多孔硅层支撑；
在所述绝缘层上形成包围所述碳纳米管的栅极；
去除剩余的多孔硅层。
15.根据权利要求13所述的方法，其中对所述碳纳米管进行掺杂包括：
利用蒸发和剥离工艺以金属Pd和Ca在所述栅极的两侧形成与所述碳纳米管的接触从而形成源区接触和漏区接触。
16.根据权利要求15所述的方法，其中由金属Pd和Ca形成的接触分别用作源区接触和漏区接触，且位于所述绝缘层上并且包围所述碳纳米管。
17.根据权利要求15所述的方法，其中金属Pd与Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的相应部分分别具有第一和第二导电类型。
CN201410185138.3A 2014-05-05 2014-05-05 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法 Active CN105097904B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410185138.3A CN105097904B (zh) 2014-05-05 2014-05-05 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法
US14/559,408 US9530977B2 (en) 2014-05-05 2014-12-03 Tunneling nanotube field effect transistor and manufacturing method thereof
US15/350,504 US9735362B2 (en) 2014-05-05 2016-11-14 Tunneling nanotube field effect transistor and manufacturing method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201410185138.3A CN105097904B (zh) 2014-05-05 2014-05-05 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105097904A true CN105097904A (zh) 2015-11-25
CN105097904B CN105097904B (zh) 2019-01-25

Family

ID=54355866

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201410185138.3A Active CN105097904B (zh) 2014-05-05 2014-05-05 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法

Country Status (2)

Country Link
US (2) US9530977B2 (zh)
CN (1) CN105097904B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106910771A (zh) * 2015-12-23 2017-06-30 上海新昇半导体科技有限公司 全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105097904B (zh) * 2014-05-05 2019-01-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法
WO2019148170A2 (en) * 2018-01-29 2019-08-01 Massachusetts Institute Of Technology Back-gate field-effect transistors and methods for making the same
CN112585457A (zh) 2018-06-08 2021-03-30 麻省理工学院 用于气体感测的系统、装置和方法
CN113544688B (zh) 2018-09-10 2022-08-26 麻省理工学院 用于设计集成电路的系统和方法
CN112840448A (zh) 2018-09-24 2021-05-25 麻省理工学院 通过工程化原子层沉积对碳纳米管的可调掺杂

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101065811A (zh) * 2004-05-25 2007-10-31 国际商业机器公司 制造隧穿纳米管场效应晶体管的方法
CN101136408A (zh) * 2007-09-14 2008-03-05 北京大学 一种基于半导体纳米材料的cmos电路及其制备
US20080151603A1 (en) * 2005-11-21 2008-06-26 Marko Radosavljevic Transistor for non volatile memory devices having a carbon nanotube channel and electrically floating quantum dots in its gate dielectric
US20090072223A1 (en) * 2006-03-03 2009-03-19 Fujitsu Limited Field effect transistor using carbon nanotube, method of fabricating same, and sensor
US8125824B1 (en) * 2010-09-02 2012-02-28 Lockheed Martin Corporation Nanotube random access memory (NRAM) and transistor integration

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4638347A (en) * 1982-12-07 1987-01-20 International Business Machines Corporation Gate electrode sidewall isolation spacer for field effect transistors
US7141727B1 (en) * 2005-05-16 2006-11-28 International Business Machines Corporation Method and apparatus for fabricating a carbon nanotube transistor having unipolar characteristics
US7714386B2 (en) * 2006-06-09 2010-05-11 Northrop Grumman Systems Corporation Carbon nanotube field effect transistor
US8900935B2 (en) * 2011-01-25 2014-12-02 International Business Machines Corporation Deposition on a nanowire using atomic layer deposition
US8741756B2 (en) * 2012-08-13 2014-06-03 International Business Machines Corporation Contacts-first self-aligned carbon nanotube transistor with gate-all-around
US8786018B2 (en) * 2012-09-11 2014-07-22 International Business Machines Corporation Self-aligned carbon nanostructure field effect transistors using selective dielectric deposition
CN105097904B (zh) * 2014-05-05 2019-01-25 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101065811A (zh) * 2004-05-25 2007-10-31 国际商业机器公司 制造隧穿纳米管场效应晶体管的方法
US20080151603A1 (en) * 2005-11-21 2008-06-26 Marko Radosavljevic Transistor for non volatile memory devices having a carbon nanotube channel and electrically floating quantum dots in its gate dielectric
US20090072223A1 (en) * 2006-03-03 2009-03-19 Fujitsu Limited Field effect transistor using carbon nanotube, method of fabricating same, and sensor
CN101136408A (zh) * 2007-09-14 2008-03-05 北京大学 一种基于半导体纳米材料的cmos电路及其制备
US8125824B1 (en) * 2010-09-02 2012-02-28 Lockheed Martin Corporation Nanotube random access memory (NRAM) and transistor integration

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘长虹等: "热化学气相沉积法制备定向碳纳米管薄膜", 《南昌大学学报（理科版）》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106910771A (zh) * 2015-12-23 2017-06-30 上海新昇半导体科技有限公司 全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法
CN106910771B (zh) * 2015-12-23 2019-11-26 上海新昇半导体科技有限公司 全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US9530977B2 (en) 2016-12-27
US20170062716A1 (en) 2017-03-02
US20150318504A1 (en) 2015-11-05
CN105097904B (zh) 2019-01-25
US9735362B2 (en) 2017-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Qiu et al. Carbon nanotube feedback-gate field-effect transistor: Suppressing current leakage and increasing on/off ratio
CN105097904A (zh) 隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法
US8809153B2 (en) Graphene transistors with self-aligned gates
Cao et al. Radio frequency transistors using aligned semiconducting carbon nanotubes with current-gain cutoff frequency and maximum oscillation frequency simultaneously greater than 70 GHz
Lau et al. Tunable n-type doping of carbon nanotubes through engineered atomic layer deposition HfOX films
Weber et al. Silicon-nanowire transistors with intruded nickel-silicide contacts
Ding et al. Y-contacted high-performance n-type single-walled carbon nanotube field-effect transistors: scaling and comparison with Sc-contacted devices
Kim et al. Fully transparent pixel circuits driven by random network carbon nanotube transistor circuitry
CN103518255A (zh) 具有减小寄生电阻的带电单层的碳场效应晶体管
JP5256850B2 (ja) 電界効果トランジスタ及びその製造方法
US20130313524A1 (en) Ambipolar silicon nanowire field effect transistor
CN102971854B (zh) 碳器件中的自对准接触
US6821911B1 (en) Manufacturing method of carbon nanotube transistors
Shirak et al. High performance horizontal gate-all-around silicon nanowire field-effect transistors
Jeon et al. Enhanced sensing of gas molecules by a 99.9% semiconducting carbon nanotube-based field-effect transistor sensor
Lee et al. Three-dimensional fin-structured semiconducting carbon nanotube network transistor
Zhao et al. Influence of asymmetric contact form on contact resistance and Schottky barrier, and corresponding applications of diode
CN105742345A (zh) 一种隧穿场效应晶体管及其制备方法
CN102640290B (zh) 自对准碳化物源极/漏极fet
Si et al. Carbon nanotube self-gating diode and application in integrated circuits
US20090325370A1 (en) Field-effect transistor structure and fabrication method thereof
CN101022131A (zh) 具有载流子俘获材料的单极纳米管及有其的场效应晶体管
TW201347198A (zh) 場效電晶體及其製造方法
Zhang et al. Scallop-shaped p-type FinFETs with improved short-channel effects immunity and driving current
Kansal et al. Exploration of novel hafnium oxide (HfO2) based plasma-assisted gate all around carbon nanotube FET (GAA-CNTFET) for high sensing applications

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant