專(zhuān)利名稱(chēng)：場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，尤其涉及一種基于碳納米管的場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其制造方法。
背景技術(shù)：
自從第一個(gè)IC(Integrated Circuit)誕生以來(lái)，以硅器件為基礎(chǔ)的微處理器產(chǎn)品的研發(fā)與制造在摩爾定律下以每18個(gè)月晶體管的數(shù)量翻一番的速度極速發(fā)展著。到2002年，微處理器已經(jīng)含有7600萬(wàn)個(gè)晶體管，能夠?qū)崿F(xiàn)非常強(qiáng)大的功能。然而，科學(xué)界普遍認(rèn)為摩爾定律不會(huì)永遠(yuǎn)有效，50納米是現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝的極限，而Intel的最新工藝是0.13微米，即硅極限將在10～15年內(nèi)到達(dá)。
硅器件的基礎(chǔ)是硅原子組成的晶體。晶體中硅原子不連續(xù)的能極構(gòu)成了能量帶，半導(dǎo)體中的電子在能量帶中運(yùn)動(dòng)。能帶的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于硅原子能極的能量，它會(huì)使電子從原子的特定能級(jí)中逸出。如果硅片上晶體管尺寸非常小，能帶導(dǎo)致的電子選出就會(huì)產(chǎn)生相鄰晶體管之間嚴(yán)重漏電，造成電子開(kāi)關(guān)無(wú)法“關(guān)斷”。另外，晶體管尺寸過(guò)小也會(huì)給散熱造成巨大困難。這些物理性的難題將使提高硅器件集成度的成本越來(lái)越高。
自從1991年，Ijima發(fā)現(xiàn)碳納米管(具體參見(jiàn)Nature，1991，354，56)以來(lái)，1998年，IBM與NEC合作成功地用一根半導(dǎo)體性的碳納米管制成場(chǎng)效應(yīng)晶體管(具體參見(jiàn)Applied Physics Letters，1998，73，2447)，從而拉開(kāi)了用碳器件取代硅器件的序幕。該基于一根碳納米管的晶體管體現(xiàn)出良好地電學(xué)性能，當(dāng)柵極電壓變動(dòng)時(shí)，源極漏極間的電導(dǎo)變化為10萬(wàn)倍。由于碳納米管的尺寸非常小，據(jù)預(yù)測(cè)，如果用碳納米管制成器件，其晶體管的密度可比當(dāng)前最先進(jìn)的0.13微米硅器件高6萬(wàn)倍。
然而，上述用單根碳納米管制備的場(chǎng)效應(yīng)晶體管需要采用特殊制備工藝，如使用原子力顯微鏡(AFM，Atom Force Microscope)進(jìn)行加工，制備成本非常高，僅適合用于實(shí)驗(yàn)階段，不適合于大規(guī)模生產(chǎn)。
因此，提供一種制備方法簡(jiǎn)單、成本低、熱性能好的場(chǎng)效應(yīng)晶體管十分必要。

發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種制備方法簡(jiǎn)單、成本低、熱性能好的場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的另一目的是提供此種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括一第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層；一第二導(dǎo)電類(lèi)型的源極區(qū)域與一第二導(dǎo)電類(lèi)型的漏極區(qū)域分別形成于上述半導(dǎo)體層，該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域相距一定距離；一絕緣氧化層形成于上述半導(dǎo)體層，且位于上述源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間；一源極電極、一漏極電極與一柵極電極分別形成于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層，其中，該半導(dǎo)體層為一半導(dǎo)體性的碳納米管層。
本發(fā)明碳納米管層中碳納米管的直徑為2～10納米，高度為20～500納米，絕緣氧化層的材料為二氧化硅。
為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的另一目的，本發(fā)明還提供一種制備此種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法，包括以下步驟提供一第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體性碳納米管層襯底；在上述碳納米管層襯底形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的源極區(qū)域與漏極區(qū)域，該源極區(qū)域與漏極區(qū)域相距一定距離；在碳納米管襯底上、源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間形成一絕緣氧化層；分別設(shè)置金屬電極于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層上。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，直接采用碳納米管層替代傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅襯底，能夠與傳統(tǒng)硅工藝技術(shù)相結(jié)合，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；其二，碳納米管本身具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到400～1000Watt/mK，因而可以有效地將晶體管工作所產(chǎn)生的熱量快速散掉，從而解決當(dāng)集成度提高所存在的散熱問(wèn)題；其三，由于采用碳納米管作為襯底，其納米級(jí)加工可以使得目前硅器件0.13微米的工藝變得更小，如60納米以下，所以每個(gè)晶體管之尺寸會(huì)變得更小，且由于碳原子本身比硅原子穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)以更少的電子移動(dòng)來(lái)完成晶體管的開(kāi)關(guān)功能，從而能夠減少系統(tǒng)熱量的產(chǎn)生。


圖1是本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的示意圖。
圖2是本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法的示意圖。
具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
請(qǐng)參閱圖1，本發(fā)明提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管11，其包括一P型碳納米管層12襯底；一N型摻雜區(qū)域作為源極區(qū)域13與一N型摻雜區(qū)域作為漏極區(qū)域14分別形成于上述P型碳納米管層12，該源極區(qū)域13與漏極區(qū)域14相距一定距離；一絕緣氧化層15形成于上述P型碳納米管層12上，且位于上述源極區(qū)域13與漏極區(qū)域14之間；一源極電極131、一漏極電極141及一柵極電極151分別形成于上述源極區(qū)域13、漏極區(qū)域14與絕緣氧化層15上。其中，本實(shí)施例的絕緣氧化層15為二氧化硅層，金屬電極選自鋁、金或銅電極。
本發(fā)明進(jìn)一步提供一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管11的制備方法，其包括以下步驟步驟10是提供一P型碳納米管層襯底；步驟20是在上述P型碳納米管層襯底相距一定距離通過(guò)離子注入方法進(jìn)行摻雜，形成N型的源極區(qū)域與漏極區(qū)域，其中本實(shí)施例采用磷離子進(jìn)行摻雜；步驟30是在碳納米管層襯底上、源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間形成一絕緣氧化層；步驟40是分別設(shè)置金屬電極于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層上，分別形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管的源極電極、漏極電極與柵極電極。
本發(fā)明碳納米管層襯底的形成方法包括以下步驟提供一基底，基底材料可選自碳、玻璃或硅；在基底上沉積一催化劑層，催化劑層的厚度為5～30納米，催化劑層沉積的方法可選用真空熱蒸鍍揮發(fā)法，也可選用電子束蒸發(fā)法。催化劑的材料可選用鐵、鈷、鎳、鉑、鈀或其合金，本實(shí)施方式選用鐵作為催化劑材料，其沉積的厚度為10納米；將帶有催化劑層的基底置于空氣中，退火以使催化劑層氧化、收縮成為納米級(jí)的催化劑顆粒。待退火完畢，再將分布有催化劑顆粒的基底置于反應(yīng)室內(nèi)(圖未示)，通入碳源氣乙炔以及保護(hù)氣體氬氣，利用低溫?zé)峄瘜W(xué)氣相沉積法，在上述催化劑顆粒上生長(zhǎng)碳納米管，形成碳納米管薄膜，碳源氣亦可選用其它含碳的氣體，如乙烯、苯、一氧化碳等。其中，以苯作為碳源氣時(shí)，其保護(hù)氣體應(yīng)選用氫氣，以一氧化碳作為碳源氣時(shí)，其催化劑應(yīng)選用五羰基鐵Fe(CO)5。本發(fā)明生成的碳納米管的直徑為2～10納米，高度為20～500納米，低溫化學(xué)氣相沉積法的生長(zhǎng)溫度為550～600攝氏度。
本實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管11為P溝道金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)明白，對(duì)N型碳納米管層襯底進(jìn)行P型摻雜即可形成N溝道型金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管。同樣，用半導(dǎo)體型碳納米管層取代傳統(tǒng)晶體管的硅襯底亦可形成結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管等其它場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，直接采用碳納米管層替代傳統(tǒng)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的硅襯底，能夠與傳統(tǒng)硅工藝技術(shù)相結(jié)合，適合大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；其二，碳納米管本身具有極高的導(dǎo)熱系數(shù)，達(dá)到400～1000Watt/mK，因而可以有效地將晶體管工作所產(chǎn)生的熱量快速散掉，從而解決當(dāng)集成度提高所存在的散熱問(wèn)題；其三，由于采用碳納米管作為襯底，其納米級(jí)加工可以使得目前硅器件0.13微米的工藝變得更小，如60納米以下，所以每個(gè)晶體管的尺寸亦變得更小，且由于碳原子本身比硅原子穩(wěn)定，可以實(shí)現(xiàn)以更少的電子移動(dòng)來(lái)完成晶體管的開(kāi)關(guān)功能，從而能夠減少系統(tǒng)熱量的產(chǎn)生。
權(quán)利要求
1.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括一第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層；一第二導(dǎo)電類(lèi)型的源極區(qū)域與一第二導(dǎo)電類(lèi)型的漏極區(qū)域分別形成于上述半導(dǎo)體層，該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域相距一定距離；一絕緣氧化層形成于上述半導(dǎo)體層，且位于上述源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間；一源極電極、一漏極電極與一柵極電極分別形成于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層，其特征在于，該半導(dǎo)體層為一半導(dǎo)體性的碳納米管層。
2.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該碳納米管層中碳納米管的直徑為2～10納米，高度為20～500納米。
3.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該第一導(dǎo)電類(lèi)型為P型，第二導(dǎo)電類(lèi)型為N型。
4.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該第一導(dǎo)電類(lèi)型為N型，第二導(dǎo)電類(lèi)型為P型。
5.如權(quán)利要求1所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其特征在于該絕緣氧化層的材料為二氧化硅。
6.一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，包括以下步驟提供一第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體性碳納米管層襯底；在上述碳納米管層襯底形成第二導(dǎo)電類(lèi)型的源極區(qū)域與漏極區(qū)域，該源極區(qū)域與漏極區(qū)域相距一定距離；在碳納米管襯底上、源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間形成一絕緣氧化層；分別設(shè)置金屬電極于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層上。
7.如權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該碳納米管層的形成方法包括以下步驟提供一基底；在基底上沉積一催化劑層；通入碳源氣，利用低溫?zé)峄瘜W(xué)氣相沉積法，形成碳納米管薄膜。
8.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該基底材料選自碳、玻璃或硅。
9.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該碳源氣選自乙炔、乙烯、苯或一氧化碳。
10.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該催化劑材料選自鐵、鈷、鎳、鉑、鈀或其合金。
11.如權(quán)利要求7所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該低溫化學(xué)氣相沉積法的生長(zhǎng)溫度為550～600攝氏度。
12.如權(quán)利要求6所述的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該源極區(qū)域與漏極區(qū)域的形成方法為離子注入法。
全文摘要
一種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，其包括一第一導(dǎo)電類(lèi)型的半導(dǎo)體層；一第二導(dǎo)電類(lèi)型的源極區(qū)域與一第二導(dǎo)電類(lèi)型的漏極區(qū)域分別形成于上述半導(dǎo)體層，該源極區(qū)域與該漏極區(qū)域相距一定距離；一絕緣氧化層形成于上述半導(dǎo)體層，且位于上述源極區(qū)域與漏極區(qū)域之間；一源極電極、一漏極電極與一柵極電極分別形成于上述源極區(qū)域、漏極區(qū)域與絕緣氧化層，其中，該半導(dǎo)體層為一半導(dǎo)體性的碳納米管層。
文檔編號(hào)H01L21/336GK1767208SQ20041005203
公開(kāi)日2006年5月3日 申請(qǐng)日期2004年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年10月28日
發(fā)明者陳杰良 申請(qǐng)人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司