場效應(yīng)晶體管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及其制造方法，特別涉及場效應(yīng)晶體管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]根據(jù)摩爾定律，傳統(tǒng)MOSFET的特征尺寸不斷縮小，從而不斷提高大規(guī)模集成電路性能并降低成本。然而，隨著器件尺寸縮小到亞微米甚至納米尺度，例如亞22納米尺度，器件在制造工藝和性能方面面臨著嚴(yán)重的限制。這些限制包括通過短溝道和薄絕緣膜的電子隧穿、相關(guān)聯(lián)的泄漏電流、短溝道效應(yīng)、無源功率消耗、以及器件結(jié)構(gòu)和摻雜的變化等等。通過米用碳納米管場效應(yīng)晶體管(Carbon Nano Tube Field Effect Transistor, CNTFET)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的MOSFET，可以在一定程度上克服上述限制并且進(jìn)一步縮小器件尺寸。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管，該平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成柵極，在柵極上方形成碳納米管，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。另外，現(xiàn)有技術(shù)中還公開了一種包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管，該包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成溝槽，在溝槽上形成碳納米管，在溝槽中包圍碳納米管形成柵極，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。
[0004]然而，現(xiàn)有技術(shù)中的碳納米管場效應(yīng)晶體管的柵極對(duì)碳納米管的柵控能力較弱，源極與漏極之間的電子勢壘較大，從而導(dǎo)致現(xiàn)有技術(shù)中的碳納米管場效應(yīng)晶體管的整體性能較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供一種新穎的和創(chuàng)新的碳納米管場效應(yīng)晶體管，通過在基底上并且在碳納米管的中間部分處圍繞碳納米管形成柵極，可以提高柵極對(duì)碳納米管的柵控能力，降低源極與漏極之間的電子勢壘，從而提高碳納米管場效應(yīng)晶體管的整體性能。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種場效應(yīng)晶體管，包括:基底；在所述基底上方的碳納米管；在所述基底上并且在所述碳納米管的中間部分處圍繞所述碳納米管的柵極；以及在所述基底上并且分別在所述碳納米管的兩端圍繞所述碳納米管的源極和漏極。
[0007]優(yōu)選地，場效應(yīng)晶體管還可以包括:在所述碳納米管與所述柵極之間圍繞所述碳納米管的高K絕緣介質(zhì)層。
[0008]優(yōu)選地，場效應(yīng)晶體管還可以包括:在所述柵極兩側(cè)的間隔物。
[0009]優(yōu)選地，所述碳納米管可以是通過使金屬催化劑與碳基化合物進(jìn)行反應(yīng)而形成的。
[0010]優(yōu)選地，所述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。
[0011]優(yōu)選地，所述金屬催化劑可以包括鉬、金、銀、銅、鎳中的至少之一。
[0012]優(yōu)選地，所述碳納米管可以為單壁碳納米管。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造場效應(yīng)晶體管的方法，包括:第一步驟，在基底上方形成碳納米管；第二步驟，在所述基底上并且在所述碳納米管的中間部分圍繞所述碳納米管形成柵極；以及第三步驟，在所述基底上并且分別在所述碳納米管的兩端圍繞所述碳納米管形成源極和漏極。
[0014]優(yōu)選地，第一步驟可以包括:在所述基底上形成多孔硅；將金屬催化劑引入到所述多孔硅的表面上的期望形成所述碳納米管的區(qū)域中；以及通過使所述金屬催化劑與碳基化合物進(jìn)行反應(yīng)，以在所述多孔硅的表面上形成所述碳納米管。
[0015]優(yōu)選地，所述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。
[0016]優(yōu)選地，第二步驟可以包括:在所述碳納米管與所述柵極之間圍繞所述碳納米管形成高K絕緣介質(zhì)層。
[0017]優(yōu)選地，在第一步驟和第二步驟之間還可以包括:對(duì)所述多孔硅進(jìn)行光刻以去除所述碳納米管下方的多孔硅的一部分，使得只有所述碳納米管的兩端被剩余的多孔硅支撐。
[0018]優(yōu)選地，在第二步驟和第三步驟之間還可以包括:去除剩余的多孔硅，使得所述碳納米管僅被所形成的柵極支撐。
[0019]優(yōu)選地，在所述基底上形成多孔硅的步驟可以包括:在所述基底上沉積重?fù)诫s的多晶硅；以及對(duì)所述多晶硅進(jìn)行光刻以形成所述多孔硅。
[0020]優(yōu)選地，所述將金屬催化劑引入到所述多孔硅的表面上的期望形成所述碳納米管的區(qū)域中的步驟可以包括:在所述多孔硅上涂覆光致抗蝕劑；去除期望形成所述碳納米管的區(qū)域上的光致抗蝕劑以露出該區(qū)域中的多孔硅；將包含所述金屬催化劑的溶液注入所露出的區(qū)域中的多孔硅；將所注入的包含所述金屬催化劑的溶液在氮或氫的環(huán)境中進(jìn)行烘烤以形成金屬納米粒子；以及去除所述多孔硅上的剩余的光致抗蝕劑。
[0021]優(yōu)選地，在第二步驟和第三步驟之間還可以包括:在所述柵極的兩側(cè)形成間隔物。
[0022]優(yōu)選地，所述金屬催化劑可以包括鉬、金、銀、銅、鎳中的至少之一。
[0023]優(yōu)選地，所述碳納米管可以為單壁碳納米管。
[0024]通過以下參照附圖對(duì)本發(fā)明的示例性實(shí)施例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征及其優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得清楚。
【附圖說明】
[0025]構(gòu)成說明書的一部分的附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施例，并且連同說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。
[0026]參照附圖，根據(jù)下面的詳細(xì)描述，可以更加清楚地理解本發(fā)明，其中:
[0027]圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造場效應(yīng)晶體管的方法的流程圖。
[0028]圖2是示意性地示出圖1中的步驟SI的具體流程的流程圖。
[0029]圖3是示意性地示出圖2中的步驟Sll的具體流程的流程圖。
[0030]圖4是示意性地示出圖2中的步驟S12的具體流程的流程圖。
[0031]圖5是示意性地示出通過在基底上形成多孔硅得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0032]圖6是示意性地示出通過在多孔硅上涂覆光致抗蝕劑得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0033]圖7是示意性地示出通過在多孔硅上形成金屬納米粒子得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0034]圖8是示意性地示出通過在多孔硅上形成碳納米管得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0035]圖9是示意性地示出通過去除碳納米管下方的多孔硅的一部分得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0036]圖10是示意性地示出通過在碳納米管的中間部分圍繞碳納米管形成柵極得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0037]圖11是示意性地示出通過去除多余的多孔硅得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0038]圖12是示意性地示出通過在柵極的兩側(cè)形成間隔物得到的結(jié)構(gòu)的透視圖。
[0039]圖13是示意性地示出通過在碳納米管的兩端圍繞碳納米管形成源極和漏極得到的結(jié)構(gòu)的圖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0040]現(xiàn)在將參照附圖來詳細(xì)描述本發(fā)明的各種示例性實(shí)施例。應(yīng)注意到:除非另外具體說明，否則在這些實(shí)施例中闡述的部件和步驟的相對(duì)布置、數(shù)字表達(dá)式和數(shù)值不限制本發(fā)明的范圍。
[0041]同時(shí)，應(yīng)當(dāng)明白，為了便于描述，附圖中所示出的各個(gè)部分的尺寸并不是按照實(shí)際的比例關(guān)系繪制的。
[0042]以下對(duì)至少一個(gè)示例性實(shí)施例的描述實(shí)際上僅僅是說明性的，決不作為對(duì)本發(fā)明及其應(yīng)用或使用的任何限制。
[0043]對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的技術(shù)、方法和設(shè)備可能不作詳細(xì)討論，但在適當(dāng)情況下，所述技術(shù)、方法和設(shè)備應(yīng)當(dāng)被視為授權(quán)說明書的一部分。
[0044]在這里示出和討論的所有示例中，任何具體值應(yīng)被解釋為僅僅是示例性的，而不是作為限制。因此，示例性實(shí)施例的其它示例可以具有不同的值。
[0045]應(yīng)注意到:相似的標(biāo)號(hào)和字母在下面的附圖中表示類似項(xiàng)，因此，一旦某一項(xiàng)在一個(gè)附圖中被定義，則在隨后的附圖中不需要對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步討論。
[0046]下面參考圖1描述根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造場效應(yīng)晶體管的方法。圖1是示意性地示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造場效應(yīng)晶體管的方法的流程圖。
[0047]首先，在步驟SI，在基底上方形成碳納米管。
[0048]例如，如圖8所示，可以在包括硅701和氧化硅702的基底上方形成碳納米管1004ο
[0049]下面參考圖2詳細(xì)描述圖1中的步驟SI的具體流程。圖2是示意性地示出圖1中的步驟Si的具體流程的流程圖。
[0050]如圖2所示，在步驟SI I，在基底上形成多孔硅。
[0051]例如，如圖5所示，可以在包括硅701和氧化硅702的基底上形成多孔硅703。
[0052]下面參考圖3詳細(xì)描述圖2中的步驟Sll的具體流程。圖3是示意性地示出圖2中的步驟Sll的具體流程的流程圖。
[0053]如圖3所示，在步驟S111，在基底上沉積重?fù)诫s的多晶硅。
[0054]例如，如圖5所示，可以提供硅701，接著可以在硅701上形成氧化硅702。氧化硅702的厚度例如可以為10納米至100納米，例如為50納米。接下來，可以在氧化硅702上沉積重?fù)诫s的多晶硅。
[0055]返回參考圖3，在步驟Slll之后，流程前進(jìn)到步驟S112。在步驟S112，對(duì)多晶硅進(jìn)行光刻以形成多孔硅。
[0056]例如，如圖5所示，通過對(duì)氧化硅702上沉積的多晶硅進(jìn)行光刻，可以在氧化硅702上形成多孔硅703。多孔硅703的厚度例如可以為2納米至10納米，例如為5納米。
[0057]通過圖3所示的各個(gè)步驟，可以在基底上形成多孔硅。
[0058]返回參考圖2，在步驟Sll之后，流程前進(jìn)到步驟S12。在步驟S12，將金屬催化劑引入到多孔硅的表面上的期望形成碳納米管的區(qū)域中。
[0059]例如，如圖6所示，可以將金屬催化劑引入到多孔硅703的表面上的期望形成碳納米管的區(qū)域805中。例如，金屬催化劑可以包括鉬、金、銀、銅、鎳中的至少之一。
[0060]下面參考圖4詳細(xì)描述圖2中的步驟S12的具體流程。圖4是示意性地示出圖2中的步驟S12的具體流程的流程圖。
[0061]如圖4所示，在步驟S121，在多孔硅上涂覆光致抗蝕劑。
[0062]例如，如圖6所示，可以在多孔硅703上涂覆光致抗蝕劑804。
[0063]在步驟S121之后，流程前進(jìn)到步驟S122。在步驟S122，去除期望形成碳納米管的區(qū)域上的光致抗蝕劑以露出該區(qū)域中的多孔硅。
[0064]例如，如圖6所示，如果期望在多孔硅703的中央的區(qū)域805上形成碳納米管，則可以去除區(qū)域805上的光致抗蝕劑，從而露出區(qū)域805中的多孔硅。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖6中的區(qū)域805的形狀不限于矩形，還可以是其它形狀，例如橢圓形等。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖6中的區(qū)域805的個(gè)數(shù)不限于一個(gè)，還可以是二個(gè)或更多個(gè)，例如三個(gè)。另外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，圖6中的區(qū)域805的位置不限于在多孔硅703的中央，還可以在偏離多孔硅703的中央的其它位置。
[0065]在步驟S122之后，流程前進(jìn)到步驟S123。在步驟S123，將包含金屬催化劑的溶液注入所露出的區(qū)域中的多孔硅。
[0066]例如，如圖6所示，可以將包含金屬催化劑的溶液注入到所露出的區(qū)域8