專利名稱：用于沉積的fet溝道的自對準到柵極的外延源極/漏極接觸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的諸方面 涉及用于基于碳納米碳管的場效晶體管(CNTFET)的自對準到柵極的外延源極/漏極接觸。
背景技術(shù)：
基于納米碳管(CNT)的開關(guān)器件由于CNT的薄主體造成的高載子遷移率及良好短溝道效應(yīng)而具有極大的潛力。例如，CNTFET已被提出作為密集邏輯應(yīng)用的潛在后硅互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)解決方案。為了能夠?qū)崿F(xiàn)此潛力，必須使用以密集柵距(pitch)構(gòu)建CNTFET的方法。理想CNTFET的高遷移率能夠使寬度縮放(scaling)，以及理想CNTFET的良好短溝道效應(yīng)能夠使柵極長度縮放。然而，基于CNTFET的技術(shù)所必須克服的許多額外挑戰(zhàn)之一是，與目前為傳統(tǒng)娃CMOS技術(shù)所支持的高布局密度的兼容性。尤其，為了高布局密度布局，必須精確定位到圍繞每個CNT建立的開關(guān)器件的源極/漏極極和柵極接觸。柵極柵距縮放需要使用其中源極/漏極極自對準到柵極的可制造器件結(jié)構(gòu)。此種自對準可消除由源極/漏極極與柵極的未對準(misalignment)所引起的寄生電阻和電容變化性，且其亦可消除必須包括用于布局中未對準的余量的面積處罰。在硅CMOS中，通過使用柵極遮蔽限定注入的結(jié)分布及利用自對準娃化(silicide)工藝,可實現(xiàn)此精確定位。對于CNTFET，這些方法通常不可行。已使用定向蒸發(fā)、化學(xué)摻雜及靜電摻雜展示具有自對準到柵極的源極/漏極接觸的CNTFET(SA CNTFET)。然而，在每個工藝中，還存在問題。例如，定向蒸發(fā)的工藝窗口對于可制造性過窄，CNT源極/漏極接觸的化學(xué)摻雜仍屬研究中的活躍領(lǐng)域但其成果仍無法再現(xiàn)且又不一致，雖然靜電摻雜相對良好地運作，但因靜電摻雜所需的背柵極需要額外布局面積并引起較大寄生電容而不理想。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種形成自對準器件的方法，包括將納米碳管(CNT)沉積到晶體介電襯底上；隔離所述晶體介電襯底的包圍所述CNT的位置的部分；在維持所述CNT的結(jié)構(gòu)完整性的同時，在所述CNT上形成柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層；以及形成外延源極和漏極區(qū)，所述外延源極和漏極區(qū)與在所述晶體介電襯底上的所述CNT的從所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層暴露的部分接觸。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成自對準外延源極/漏極接觸的方法，包括在晶體介電底層上沉積納米碳管(CNT);通過硬掩模掩蔽出(mask off)場區(qū)；在所述CNT頂部上構(gòu)圖具有硬掩模的柵極疊層；用間隔物包封所述柵極疊層；以及鄰近所述間隔物外延生長源極/漏極區(qū)以提供自對準源極/漏極。根據(jù)本發(fā)明的方面，提供一種自對準器件，包括多個納米碳管(CNT)，其設(shè)置在晶體介電襯底上；場掩模，其設(shè)置在所述晶體介電襯底上作為所述CNT的矩形平面圍蔽；多個絕緣柵極疊層，其形成在結(jié)構(gòu)完整性被維持的所述CNT上；以及外延源極/漏極區(qū)，其設(shè)置為與所述CNT的由所述絕緣柵極疊層所暴露的部分接觸。



在說明書結(jié)論處的權(quán)利要求中特別指出并明確要求保護視為本發(fā)明的主旨。在結(jié)合附圖的下列詳細描述中，顯示本發(fā)明的上述及其它方面、特征以及優(yōu)點，其中圖I示例具有晶體介電層和沉積的納米碳管的硅襯底；圖2示例圍繞納米碳管形成的場掩模；圖3示例構(gòu)圖于納米碳管上的柵極疊層；圖4示例圍繞柵極疊層形成的絕緣體；圖5示例源極/漏極區(qū)處的外延生長；以及圖6顯示與外延源極/漏極材料接觸的納米碳管的視圖。
具體實施例方式本文公開的自對準外延源極/漏極接觸工藝提供從沉積的納米結(jié)構(gòu)(諸如納米碳管或半導(dǎo)電納米線)建立自對準器件的方案。假設(shè)納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)沉積在絕緣晶體底層(諸如氧化鑭乾(LaYO))上。由硬掩模掩蔽出(mask off)場區(qū),在納米結(jié)構(gòu)頂部構(gòu)圖具有硬掩模的柵極疊層，以及接著用間隔物包封柵極疊層。非絕緣材料(諸如硅)接著外延生長在源極/漏極區(qū)中以提供自對準的源極/漏極。參考圖1，提供硅襯底10，且其具有在其上布置晶體介電層20的頂表面。晶體電介質(zhì)20可包括LaYO或其上可播種硅外延的晶種并可外延生長硅的某種其它相似的晶體電介質(zhì)。此處，特別使用LaYO作為晶體電介質(zhì)20以使硅外延生長，因為已發(fā)現(xiàn)硅外延的晶體結(jié)構(gòu)基本上相似于LaYO的晶體結(jié)構(gòu)，其相似程度致使即使沒有硅或硅鍺子結(jié)構(gòu)，也能進行硅外延生長。多個納米結(jié)構(gòu)，諸如納米碳管(CNT) 30或納米線，被沉積在晶體電介質(zhì)20的表面21諸如頂表面上。CNT 30基本上互相對準并基本上互相平行地沉積，但這并非必要。CNT30沉積可根據(jù)各種已知方法完成，且因此省略其說明?，F(xiàn)在參考圖2，為了隔離晶體電介質(zhì)20的包圍CNT 30的位置的部分，將包括二氧化硅(SiO2)或某種其它相似材料的場掩模40設(shè)置在晶體電介質(zhì)20上作為CNT 30的基本上矩形平面圍蔽(enclosure)。以此方式，場掩?？砂ㄐ纬蓢@CNT 30的周邊的邊緣41。當(dāng)然，應(yīng)明白，可以各種形狀和尺寸形成場掩模40，只要CNT 30視需要針對特定應(yīng)用而被隔離，以及圖2所示矩形形狀僅為示例。作為使用場掩模40的替代，亦可通過蝕刻圍繞CNT 30的晶體電介質(zhì)20以形成溝槽，隔離晶體電介質(zhì)20的包圍CNT 30的位置的部分。接著使溝槽和/或襯底10的暴露表
面氧化。參考圖3及圖4，將柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層50構(gòu)圖到CNT30、晶體電介質(zhì)20和場掩模40上。柵極疊層50基本上互相平行并基本上垂直于CNT 30的取向，但這并非必要。柵極疊層50可以各種配置由各種材料形成，各種配置諸如柵極電介質(zhì)層51 (如，氧化鉿(HfO2))、柵極疊層材料層52 (如，氮化鈦(TiN)，或鎢(W))以及柵極掩模材料次級層53(如，氮化硅(SiN)) ο在不會損壞CNT 30的結(jié)構(gòu)完整性的情況下完成構(gòu)圖。例如，柵極電介質(zhì)51可利用原子層沉積(ALD)加以沉積，尤其可利用預(yù)期不會損壞CNT30的旋涂沉積加以沉積。柵極疊層50由柵極掩模材料次級層53進行絕緣。接著使用光刻限定柵極，以及使用例如計時為終止在緊密鄰近CNT 30處的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)構(gòu)圖柵極。一些柵極電介質(zhì)51可留下以保護CNT。接著使用間隔物材料的保形沉積及其后經(jīng)執(zhí)行以免損壞CNT 30的各向異性蝕刻工藝，沿著柵極側(cè)壁形成間隔物60。也就是說，間隔物60的各向異性蝕刻在一暴露剩余的柵極電介質(zhì)51后即在端點處停止，或計時以恰好在蝕刻劑(即，基于等離子體的蝕刻劑)將到達CNT 30的時間之前終止。無論是哪一種情況，一旦蝕刻工藝停止，接著即進行從源極/漏極區(qū)70基本上完全去除所有間隔物60與柵極電介質(zhì)51材料的各向同性濕式蝕刻。如圖4所示，此工藝的結(jié)果是間隔物60、或間隔物60與柵極電介質(zhì)51將在軸向及圓周方向上接觸并基本上圍繞CNT 30，致使源極/漏極區(qū)70 (說明如下)可與柵極疊層50 隔離。尤其，間隔物60、或間隔物60與柵極電介質(zhì)51沿著橫跨間隔物60厚度的接觸表面及CNT 30的幾乎整個曲面(B卩，幾乎360°圍繞CNT 30)接觸CNT 30，且不會使CNT 30脫離與晶體電介質(zhì)20的接觸。參考圖5及圖6，在形成絕緣柵極疊層50及間隔物60后，外延生長源極和漏極區(qū)70以與由絕緣柵極疊層50所暴露的CNT 30的部分接觸。如圖6所示，在外延源極/漏極區(qū)70與CNT 30之間的接觸圍繞CNT 30幾乎整個圓周延伸，結(jié)果形成可靠的接觸表面80。因此，如上述，源極/漏極區(qū)70沿著橫跨源極和漏極區(qū)70厚度的接觸表面及CNT 30幾乎整個曲面(即，同樣地，幾乎360°圍繞CNT 30)接觸CNT 30，且不會使CNT 30脫離與晶體電介質(zhì)20的接觸。如上述，晶體電介質(zhì)20的存在可促進源極/漏極區(qū)70的外延生長，晶體電介質(zhì)20由于其晶體結(jié)構(gòu)與外延硅的晶體結(jié)構(gòu)相似而可播下晶種且之后允許外延生長硅。所產(chǎn)生的外延源極/漏極區(qū)70為自對準，因為采用了單一步驟光刻來限定兩個絕緣柵極區(qū)?？筛鶕?jù)各種已知方法完成外延生長源極/漏極區(qū)70的工藝，且在稍后完成全部或局部硅化。例如，可通過使用原位摻雜硅外延，添加摻雜硼或磷的硅到暴露的CNT 30，形成源極/漏極區(qū)70。或者，源極/漏極區(qū)70可未摻雜地生長及稍后用離子物種(species)(諸如硼⑶、砷(As)或磷(P))注入，接著進行快速熱退火以活化注入的摻雜物?？墒褂迷谖㈦娮宇I(lǐng)域中公知的自對準硅化工藝，將外延源極/漏極區(qū)轉(zhuǎn)化成金屬硅化物。雖然本發(fā)明已參考示例實施例進行說明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明白，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可進行各種改變，并可以等價物取代其中組件。此外，在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下，可對本發(fā)明的教導(dǎo)進行許多修改以適應(yīng)特別情況或材料。因此，預(yù)計本發(fā)明并不受限于公開為執(zhí)行本發(fā)明所設(shè)想的最佳模式的特定示例實施例；而是預(yù)計本發(fā)明將包括所有落在隨附權(quán)利要求內(nèi)的實施例。
權(quán)利要求
1.一種形成自對準器件的方法，包括 將納米碳管(CNT)沉積到晶體介電襯底上； 隔離所述晶體介電襯底的包圍所述CNT的位置的部分； 在維持所述CNT的結(jié)構(gòu)完整性的同時，在所述CNT上形成柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層；以及 形成外延源極和漏極區(qū)，所述外延源極和漏極區(qū)與在所述晶體介電襯底上的所述CNT的從所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層暴露的部分接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述CNT沉積包括平行地沉積所述CNT。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中所述隔離包括形成場掩模作為所述晶體介電襯底的所述部分的圍蔽。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層包括平行地并相對于所述CNT垂直地形成絕緣柵極疊層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層包括計時的反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層包括計時的各向異性蝕刻及其后的濕式各向同性蝕刻。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述外延源極和漏極區(qū)包括未摻雜外延生長。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述外延源極和漏極區(qū)包括原位摻雜外延生長。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中形成所述外延源極和漏極區(qū)包括退火。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中 所述隔離包括通過硬掩模掩蔽出場區(qū)域； 形成柵極疊層包括在所述CNT頂上構(gòu)圖具有硬掩模的柵極疊層以及用間隔物包封所述柵極疊層；以及 形成源極和漏極區(qū)包括鄰近所述間隔物外延生長源極/漏極區(qū)以提供自對準源極/漏極。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中掩蔽包括形成所述晶體介電底層的其中沉積所述CNT的部分的圍蔽。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述構(gòu)圖包括平行地并相對于所述CNT垂直地構(gòu)圖多個柵極疊層。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述構(gòu)圖包括所述柵極疊層的計時反應(yīng)離子蝕刻(RIE)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述包封包括所述間隔物的計時各向異性蝕刻及其后的所述間隔物的濕式各向同性蝕刻。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述外延生長包括未摻雜外延生長。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述外延生長包括原位摻雜外延生長。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括所述源極/漏極區(qū)的退火。
18.—種自對準器件，包括多個納米碳管(CNT)，其設(shè)置在晶體介電襯底上； 場掩模，其設(shè)置在所述晶體介電襯底上作為所述CNT的矩形平面圍蔽； 多個絕緣柵極疊層，其形成在結(jié)構(gòu)完整性被維持的所述CNT上；以及 外延源極和漏極區(qū)，其設(shè)置為與所述CNT的由所述絕緣柵極疊層所暴露的部分接觸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自對準器件，其中所述CNT基本上互相平行地設(shè)置，以及所述柵極疊層基本上相對于所述CNT垂直地設(shè)置。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自對準器件，其中所述晶體介電襯底包括氧化鑭釔(LaYO)。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自對準器件，其中所述場掩模包括二氧化硅(SiO2)。
22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的自對準器件，其中所述柵極疊層包括柵極電介質(zhì)、柵極疊層材料以及絕緣材料。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的自對準器件，其中所述柵極電介質(zhì)包括二氧化鉿(HfO2),所述柵極疊層材料包括氮化鈦(TiN)或鶴(W),以及所述絕緣材料包括氮化娃(SiN)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種形成自對準器件的方法，包括將納米碳管(CNT)沉積到晶體介電襯底上；隔離所述晶體介電襯底的包圍所述CNT的位置的部分；在維持所述CNT的結(jié)構(gòu)完整性的同時，在所述CNT上形成柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層；以及形成外延源極和漏極區(qū)，所述外延源極和漏極區(qū)與在所述晶體介電襯底上的所述CNT的從所述柵極電介質(zhì)和柵極電極柵極疊層暴露的部分接觸。
文檔編號H01L51/05GK102906893SQ201180025494
公開日2013年1月30日 申請日期2011年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者J·常, P·常, V·納拉亞南, J·斯萊特 申請人:國際商業(yè)機器公司