具有局部化底柵和柵極電介質(zhì)的石墨烯或碳納米管器件的制作方法
【專利摘要】提供了具有基于納米級(jí)材料的溝道（例如，碳納米管或石墨烯溝道）的晶體管器件以及用于制造該器件的技術(shù)。在一個(gè)方面，提供了一種晶體管器件。該晶體管器件包括基底；基底上的絕緣體；嵌入絕緣體的局部底柵，其中該柵極的頂表面與絕緣體的表面基本共面；底柵上的局部柵極電介質(zhì)；位于局部柵極電介質(zhì)的至少一部分之上的碳基納米結(jié)構(gòu)材料，其中該碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道；以及在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
【專利說明】具有局部化底柵和柵極電介質(zhì)的石墨烯或碳納米管器件
[0001]政府權(quán)利聲明
[0002]本發(fā)明是根據(jù)(DARPA)國(guó)防高等研究計(jì)劃署分配的合同號(hào)FA8650-08-C-7838在政府的支持下做出的。政府對(duì)本發(fā)明具有一定權(quán)利。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及晶體管器件，尤其涉及具有基于納米級(jí)材料的溝道(例如，碳納米管或石墨烯溝道)的晶體管器件以及用于制造該器件的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0004]在下一代電子器件中集成碳納米結(jié)構(gòu)作為溝道材料可以提供優(yōu)于持續(xù)按比例減小硅(Si)的諸多好處。碳納米管和石墨烯是呈現(xiàn)超出對(duì)于Si的理論限制幾個(gè)數(shù)量級(jí)的極高電流攜帶能力和遷移率的碳的兩種納米級(jí)形式。此外，碳納米管(一維)和石墨烯(二維)是低維(極薄主體)材料，允許它們?cè)趫?chǎng)效應(yīng)管內(nèi)聚集地按比例縮小，而不會(huì)引起妨害現(xiàn)代按比例縮小器件的有害的短溝道效應(yīng)。例如參見J.Appenzeller, "Carbon Nanotubes forHigh-Performance Electronics-Progress and Prospect, "Proceedings of the IEEE, vo1.96，n0.2，pp.201-211 (Feb.2008)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
[0005]按比例縮小這兩種納米材料中任一種的一個(gè)顯著挑戰(zhàn)是難以在其表面上建立薄、均勻且高質(zhì)量的電介質(zhì)。這兩種材料的表面都由標(biāo)稱無(wú)表面態(tài)的強(qiáng)SP2碳鍵組成。開放表面鍵的缺乏使其幾乎不可能成核或沉積絕緣體，尤其是還要滿足按比例縮小的柵極電介質(zhì)所需的單層精確性的情況下?？朔@一障礙的方法迄今為止涉及如下:1)具有非共價(jià)單層的碳表面的氣相功能化(參見例如D.Farmer et al.，"AtomicLayer Deposition on Suspended Single-ffalled Carbon Nanotubes via Gas-PhaseNoncovalent Functiona·lization, "Nano Letts.，6 (4):699-703 (2006)，其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)；2)用分子包裹碳納米管(參見例如Y.Lu et al.，"DNA Functionalization ofCarbon Nanotubes for Ultrathin Atomic Layer Deposition of High k Dielectricsfor Nanotube Transistors with60mV/Decade Switching, ^JACS, vol.128, pp.3518-3519(2006),其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)；3)過生長(zhǎng)電介質(zhì)層以包圍碳納米管(例如參見A.Javey et al.〃High_k Dielectrics for Advanced Carbon-Nanotube Transistors andLogic Gates, "Nature Mater., vol.1, 241-246 (2002),其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)；以及4)沉積薄(小于2納米(nm))金屬并在隨后氧化(參見例如S.Kim et al., "Realizationof a High Mobility Dual-Gated Graphene Field-Effect Transistor withAl2O3Dielectric, "Applied Physics Letters, vol.94, pp.062107 (2009),其內(nèi)容通過引用結(jié)合在此)。所有這些方法都是通過高k電介質(zhì)的原子層沉積(ALD)完成的。
[0006]前兩種方法提供良好的均勻性，并且已經(jīng)報(bào)告了低至約2nm的電介質(zhì)。然而，業(yè)已示出分子層與碳鍵交互，由此創(chuàng)建引起遷移率大幅受損的散射中心。實(shí)際上，由于所有載流子都位于這些納米結(jié)構(gòu)的表面上，因此載流子強(qiáng)耦合至圍繞其沉積的任何材料，從而引起輸運(yùn)性質(zhì)的劣化。此外，當(dāng)使用諸如脫氧核糖核酸(DNA)的分子創(chuàng)建圍繞碳納米管的成核層時(shí)，均勻性會(huì)因?yàn)橄啾扔谔技{米管(約1.5nm)較大的分子直徑(DNA為4nm)而受到損害。后兩種方法并沒有提供按比例縮小電介質(zhì)厚度的方案，即需要從8nm至約15nm的電介質(zhì)來確保對(duì)碳表面的完全覆蓋。
[0007]因此，會(huì)期望避免與在納米材料的表面上形成薄、均勻且高質(zhì)量的電介質(zhì)相關(guān)聯(lián)的上述問題的器件制造技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及具有基于納米級(jí)材料的溝道(例如，碳納米管或石墨烯溝道)的晶體管器件以及用于制造該器件的技術(shù)。在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種晶體管器件。該晶體管器件包括基底；基底上的絕緣體；嵌入絕緣體的局部底柵，其中該柵極的頂表面與絕緣體的表面基本共面；底柵上的局部柵極電介質(zhì)(即，局部化至底柵的柵極電介質(zhì))；位于局部柵極電介質(zhì)的至少一部分之上的碳基納米結(jié)構(gòu)，其中該碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道；以及在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
[0009]在本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造晶體管器件的方法。所述方法包括如下步驟。提供其上具有絕緣體的基底。在所述絕緣體內(nèi)的溝槽中形成局部底柵。在所述底柵上形成局部柵極電介質(zhì)。在所述局部柵極電介質(zhì)的至少一部分之上形成碳基納米結(jié)構(gòu)，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道。在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上形成與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
[0010]在本發(fā)明的又一方面，提供了另一種制造晶體管器件的方法。所述方法包括如下步驟。提供在絕緣層上具有一層導(dǎo)電材料的晶片。在所述晶片內(nèi)形成空腔以隔離所述導(dǎo)電材料的一個(gè)或多個(gè)部分，其中所述導(dǎo)電材料的隔離部分用作所述器件的局部底柵。用電介質(zhì)填充空腔。在所述底柵上形成柵極電介質(zhì)。在所述柵極電介質(zhì)的至少一部分之上形成碳基納米結(jié)構(gòu)，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道。在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上形成與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
[0011]通過參考隨后的詳細(xì)描述和附圖將獲得對(duì)本發(fā)明及本發(fā)明的進(jìn)一步的特征和優(yōu)點(diǎn)的更為完全的理解。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了用于第一晶體管器件制造工藝的、具有基底及其上的絕緣體層的起始結(jié)構(gòu)的橫截面圖示；
[0013]圖2是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)使用剝離模板作為掩模而在絕緣體內(nèi)圖案化的溝槽的橫截面圖示；
[0014]圖3是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已被沉積到溝槽內(nèi)和剝離模板上的雙層?xùn)艠O金屬(鈀(Pd)/鈦(Ti))的橫截面圖示；
[0015]圖4是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了溝槽外的柵極金屬已被移除的橫截面圖示；[0016]圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)使用熱氧化將金屬柵極雙層中的Ti氧化成氧化鈦(TiO2)層的橫截面圖示；
[0017]圖6是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)在TiO2層上形成的石墨烯或碳納米管層以及已經(jīng)形成為與石墨烯或碳納米管接觸的源極/漏極接觸部的橫截面圖示；
[0018]圖7是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了在第一晶體管器件制造工藝的變形中其中柵極材料和柵極電介質(zhì)將被沉積到溝槽內(nèi)和剝離模板上的替換實(shí)施例的橫截面圖示；
[0019]圖8是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了圖7的溝槽外的柵極和柵極電介質(zhì)材料已被移除的橫截面圖示；
[0020]圖9是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了可選毯狀電介質(zhì)層已被沉積在圖8的結(jié)構(gòu)上以在柵極之上形成局部/毯狀多層?xùn)艠O電介質(zhì)的橫截面圖示；
[0021]圖1OA是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)在圖8的柵極電介質(zhì)的至少一部分上形成的石墨烯或碳納米管層以及已被形成為連至石墨烯或碳納米管層的源極/漏極接觸部的橫截面圖示；
[0022]圖1OB是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)在圖9的柵極電介質(zhì)的至少一部分上形成的石墨烯或碳納米管層以及已被形成為連至石墨烯或碳納米管層的源極/漏極接觸部的橫截面圖示；
[0023]圖11是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了用于第二示例性晶體管器件制造工藝的起始結(jié)構(gòu)的橫截面圖示，例如具有用埋入氧化物(BOX)將絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)晶片與基底分開的SOI晶片；
[0024]圖12A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已被形成為延伸通過SOI層并到達(dá)BOX的空腔的橫截面圖示；
[0025]圖12B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了其中空腔已被形成為延伸通過SOI層、通過BOX并部分伸入基底的替換實(shí)施例的橫截面圖示；
[0026]圖13A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了圖12A的已被填充有電介質(zhì)的空腔的橫截面圖示；
[0027]圖13B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了圖12B的已被填充有電介質(zhì)的空腔的橫截面圖示；
[0028]圖14A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了柵極電介質(zhì)已被毯狀沉積在底柵上和電介質(zhì)上的橫截面圖示；
[0029]圖14B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了其中柵極電介質(zhì)已被形成為局部于底柵的替換實(shí)施例的橫截面圖示；
[0030]圖14C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了其中可選毯狀柵極電介質(zhì)層已在圖14B的結(jié)構(gòu)上形成以在底柵之上形成多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)的橫截面圖示；
[0031]圖15A是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)在圖14A的柵極電介質(zhì)的至少一部分上形成的石墨烯或碳納米管層以及已被形成為連至石墨烯或碳納米管層的源極/漏極接觸部的橫截面圖示；
[0032]圖15B是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已經(jīng)在圖14B的柵極電介質(zhì)的至少一部分上形成的石墨烯或碳納米管層以及已被形成為連至石墨烯或碳納米管層的源極/漏極接觸部的橫截面圖示；以及[0033]圖15C是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了已在圖14C的多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)的至少一部分之上形成的石墨烯或碳納米管層的橫截面圖示；以及
[0034]圖16是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例示出了一種示例性分層堆疊柵極構(gòu)造的橫截面圖
/Jn ο
【具體實(shí)施方式】
[0035]本文提供了局部化底柵晶體管器件以及用于制造該器件的方法，其中所述晶體管器件具有由諸如碳納米管或石墨烯之類的納米級(jí)材料形成的溝道，并且其中所述底柵電介質(zhì)(或多層底柵電介質(zhì)的至少較低層)被局部化至所述局部柵極區(qū)域。本制造工藝可以按照各種不同方式執(zhí)行。
[0036]在第一示例性實(shí)施例中，在已被嵌入在絕緣體內(nèi)的溝槽中的底柵上形成局部于底柵(或多層底柵電介質(zhì)的至少較低層)的柵極電介質(zhì)。為了確保其中柵極電介質(zhì)被局部化至底柵的結(jié)構(gòu)(即，柵極電介質(zhì)與底柵精確對(duì)齊且與底柵具有相同的橫向維度)，利用自對(duì)齊柵極電介質(zhì)形成工藝?，F(xiàn)將描述其中柵極電介質(zhì)的形成被精確局部于底柵的兩種自對(duì)齊方法。在第一種自對(duì)齊方法中，如圖1-6所示，嵌入柵極的上部被氧化。在第二種自對(duì)齊方法中，如圖7-10所示，使用同一個(gè)剝離模板在同一個(gè)剝離步驟期間將柵極和柵極電介質(zhì)沉積在溝槽內(nèi)。注意到也可以使用其他的自對(duì)齊沉積工藝，諸如選擇性沉積。
[0037]圖1-6示出了其中局部化柵極電介質(zhì)通過氧化(例如，熱氧化)形成的一個(gè)示例性實(shí)施例。在該具體示例中，柵極最初包括相對(duì)抗氧化的下部導(dǎo)電材料(或分層堆疊的材料)以及易于氧化以形成絕緣柵極電介質(zhì)的上部材料(或分層堆疊的材料)，由此允許上部導(dǎo)電材料的選擇性氧化。然而，在這一工藝的非選擇性版本中，柵極可以替換地由具有被氧化以形成絕緣柵極電介質(zhì)的上部的單種導(dǎo)電材料形成。
[0038]圖1是示出了制造工藝的起始結(jié)構(gòu)(B卩，其上具有絕緣體104層的基底102)的橫截面圖示。僅作為示例，基底102/絕緣體104可以是氧化的硅(Si)基底(即，其中絕緣體104是二氧化硅(SiO2))。
[0039]接下來，可以在絕緣體內(nèi)圖案化溝槽。溝槽將會(huì)標(biāo)記出該器件的局部底柵的占地面積和位置。一般而言，晶體管包括由溝道連接的源極和漏極，以及調(diào)節(jié)通過該溝道的電子流的柵極。柵極通過電介質(zhì)材料(柵極電介質(zhì))與溝道隔開。
[0040]更具體地，圖2是示出了已被在絕緣體104中圖案化的溝槽202的橫截面圖示。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，將會(huì)在絕緣體104內(nèi)形成的局部底柵(參見如下)將會(huì)為器件提供全部所需的溝道調(diào)制。使用這一構(gòu)造，就無(wú)需對(duì)基底102摻雜。
[0041]僅作為示例，溝槽202可以通過使用剝離模板204 (例如，圖案化的抗蝕劑層)作為掩模執(zhí)行的各向異性干法蝕刻(例如，反應(yīng)性離子蝕刻(RIE))而形成。隨后則可以使用濕法化學(xué)蝕刻來底切溝槽202 (相對(duì)于剝離模板204)以防止要在下一步驟中沉積的柵極材料的集聚，由此為溝道形成提供盡可能平滑的表面。
[0042]隨后將雙層的柵極金屬毯狀沉積在該器件結(jié)構(gòu)上(B卩，沉積在剝離模板上和溝槽中)。參見圖3。圖3是示出了雙層的柵極金屬已被沉積到溝槽202內(nèi)的橫截面圖示。具體地，第一金屬層302被毯狀沉積到器件結(jié)構(gòu)上和溝槽202內(nèi)。接下來，將第二金屬層304沉積在第一金屬層302上。如上所述,金屬層302優(yōu)選地由相對(duì)抗氧化的金屬(例如,諸如銀(Ag)、金(Au)、銥(Ir)、鎳(Ni)、鈕(Pd)、鉬(Pt)的貴金屬或準(zhǔn)貴金屬,或是包含前述至少一種金屬的合金)組成，而金屬層304則優(yōu)選地由相對(duì)易于氧化的金屬(例如，鋁(Al)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、鉭(Ta)、鈦(Ti)，或是包含前述至少一種金屬的合金)組成。注意到抗(或是相對(duì)易于)氧化與金屬氧化物的熱力學(xué)形成熱(△&)粗略相關(guān)，其中易于氧化的金屬則具有AHfS較大負(fù)值的氧化物。工藝中，溝槽202外部的柵極金屬將被隨后移除。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，第一金屬層302是Pd層，而第二金屬層304是Ti層，兩層都例如使用電子束或熱蒸發(fā)沉積。于是，在此例中，雙層的柵極金屬包括Pd層之上的Ti層。
[0043]根據(jù)另一個(gè)示例性實(shí)施例，第一金屬層302和/或第二金屬層304由多層和/或材料混合組成。僅作為示例，第一金屬層302可由分層堆疊材料組成，每層包括相對(duì)抗氧化的金屬(或多種金屬的合金)，例如如上所述的Ag、Au、Ir、N1、Pd、Pt或含有上述至少一種金屬的合金。類似地，第二金屬層304可由分層堆疊材料組成，每層包括相對(duì)易于氧化的金屬(或多種金屬的合金)，例如如上所述的Al、Hf、Nb、Ta、Ti或含有上述至少一種金屬的合金。進(jìn)一步地，第一金屬層302和第二金屬層304可以各自或全都由多層材料組成，或者第一金屬層302可由多層材料組成而第二金屬層304由單種材料組成或者反過來。這一分層堆疊柵極構(gòu)造的一個(gè)例子在圖16中例示。
[0044]隨后對(duì)圖3的結(jié)構(gòu)執(zhí)行剝離處理以移除剝離模板并由此移除溝槽外的金屬柵極。參見圖4。圖4是示出了溝槽202外的柵極金屬已被移除的橫截面圖示。執(zhí)行這一剝離程序步驟的工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，因而在此不作進(jìn)一步描述。
[0045]隨后使用氧化(例如，熱氧化)來氧化頂部金屬層。在以上提供的示例中，頂部金屬層(第二金屬層304)是Ti層。在其中第二金屬層304是Ti層的情況下，Ti層的氧化導(dǎo)致在例如Pd的第一金屬層302之上形成氧化鈦(TiO2)層。參見圖5。圖5是例不了已被用于將第二金屬層氧化成金屬氧化物層502 (例如，將金屬雙層中的Ti氧化成TiO2層)的熱氧化的橫截面圖示。金屬氧化物層502將用作柵極電介質(zhì)。以此方式形成的柵極電介質(zhì)將局部于柵極。即，在如上給出的Pd/Ti雙層示例`中，Pd層將用作嵌入在絕緣體104內(nèi)的器件的底柵，而TiO2層則用作柵極電介質(zhì)。
[0046]在一個(gè)替換方法(未示出)中，可以沉積單個(gè)導(dǎo)電金屬層(例如，Ti)，并且(通過熱氧化)氧化其上部(例如，頂部約1%至10%)。以此方式,上部的氧化部分就可用作氧化物柵極電介質(zhì)，而未氧化部分則用作底柵。注意優(yōu)選Pd/Ti雙層方式，這是因?yàn)殡p層Pd/Ti的氧化應(yīng)該在Pd/Ti界面處明確停止。
[0047]在圖1-5中例示的步驟生成嵌入在絕緣體104內(nèi)的局部底柵(由第一金屬層302形成)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，如上所述形成的局部底柵的頂表面與絕緣體104的表面齊平。由于兩表面彼此齊平，因此底柵的頂表面與絕緣體104的表面共面。共面的柵極和絕緣體提供能夠在其上形成/沉積溝道材料的平坦表面(參見下文)。柵極和周圍絕緣體之間的這一水平界面用于保持溝道材料不經(jīng)歷諸如扭結(jié)或彎曲的任何物理變形，這些物理變形會(huì)不利地影響載流子輸運(yùn)。
[0048]注意到的是，由于生產(chǎn)容限，實(shí)踐中柵極的頂表面可能最終比絕緣體104的表面稍高或稍低。當(dāng)兩表面之差小于或等于約5納米(nm)時(shí)，則根據(jù)本公開的教示認(rèn)為兩表面基本共面。具體地，如果柵極的頂表面高出絕緣體104的表面小于或等于約5nm，則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體104的表面基本共面。類似地，如果柵極的頂表面低于絕緣體104的表面小于或等于約5nm，則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體104的表面基本共面。
[0049]隨后可以在柵極電介質(zhì)的至少一部分之上(B卩，在柵極電介質(zhì)的部分或全部之上，但不在相鄰絕緣體或僅在部分相鄰絕緣體之上)形成諸如石墨烯或碳納米管的碳基納米結(jié)構(gòu)材料層。參見圖6。圖6是示出了已在金屬氧化物層502之上形成的石墨烯或碳納米管層602的橫截面圖示。當(dāng)層602是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在金屬氧化物層502上。當(dāng)層602是石墨烯層時(shí)，則可通過層轉(zhuǎn)移將石墨烯沉積在金屬氧化物層502上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分607將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分608則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。然而，無(wú)需將石墨烯或碳納米管層的布置限制在僅金屬氧化物層502之上。僅作為示例，層602可以在金屬氧化物層502上并且在絕緣體104的至少一部分上(未示出)形成。
[0050]如圖6所不,分別標(biāo)記為"S〃和〃D"的導(dǎo)電源極接觸部604和導(dǎo)電漏極接觸部606在溝道的相對(duì)兩側(cè)上被形成與上述石墨烯或碳納米管層接觸。源極接觸部604和漏極接觸部606優(yōu)選地在絕緣體104之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例,源極接觸部604和漏極接觸部606是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種并且是通過電子束或熱蒸發(fā)形成的金屬接觸部。制造現(xiàn)已完成。在完成的器件結(jié)構(gòu)中，如圖6所示，柵極電介質(zhì)(金屬氧化物層502)局部于底柵。
[0051]圖7-10例示了其中使用與用于圖案化導(dǎo)電柵極相同的剝離模板來形成局部化柵極電介質(zhì)的替換的自對(duì)齊方法。此處的處理與上述實(shí)施例相同的開始，其中提供其上具有一層絕緣體104的基底102 (例如，氧化的Si基底)，并且例如通過剝離模板204 (如上所述)在絕緣體中圖案化溝槽。參見圖1和2。
[0052]接下來，如圖7所示，代替雙層的柵極金屬，將單層的導(dǎo)電柵極材料毯狀沉積在器件結(jié)構(gòu)上(即，沉積在剝離模板204上)和溝槽內(nèi)，隨后將一層?xùn)艠O電介質(zhì)毯狀沉積在該層?xùn)艠O材料上。圖7是例示了導(dǎo)電柵極材料702已被毯狀沉積在剝離模板204上和溝槽202內(nèi)，并且柵極電介質(zhì)材料704已被沉積在該柵極材料702上的橫截面圖示。導(dǎo)電柵極材料702可以是如上結(jié)合圖3描述提及的那些材料中的任意材料(例如，Ag、Au、Ir、N1、Pd、Pt、Al、Hf、Nb、Ta、Ti和/或含有上述至少一種金屬的合金)。一般而言，可以使用任何導(dǎo)電材料并且所選的特定導(dǎo)電材料可以根據(jù)P溝道和η溝道器件變化以相應(yīng)地調(diào)諧閾值電壓。
[0053]適于柵極電介質(zhì)704的材料包括但不限于二氧化硅和金屬氧化物。柵極電介質(zhì)材料可以在足夠低以保持沉積方向的背景壓力下通過準(zhǔn)直反應(yīng)濺射或反應(yīng)蒸發(fā)來沉積(而非保形沉積，因?yàn)楸Ｐ纬练e會(huì)涂覆剝離模板的側(cè)面并干擾剝離)。然而，如果電介質(zhì)層在剝離模板側(cè)壁上形成不良和/或缺乏機(jī)械完整性，則即便針對(duì)電介質(zhì)沉積使用相對(duì)保形工藝(諸如，化學(xué)氣相沉積(CVD)、等離子輔助CVD和原子層沉積(ALD))，柵極電介質(zhì)剝離也會(huì)是可能的。
[0054]接下來，對(duì)圖7的結(jié)構(gòu)執(zhí)行剝離處理以移除剝離模板204并由此移除導(dǎo)電柵極材料和疊加的柵極電介質(zhì)材料在溝槽外的部分。參見圖8。圖8是示出了溝槽202外的柵極材料和柵極電介質(zhì)材料已被移除的橫截面圖示。剝離之后溝槽中剩余的柵極和電介質(zhì)材料將分別用作器件的底柵和柵極電介質(zhì)。
[0055]如圖8所示，所得的是嵌入在絕緣體104中的局部底柵(由柵極材料702形成)。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，如上所述形成的局部底柵的頂表面與絕緣體104的表面平齊。由于兩表面彼此齊平，因此底柵的頂表面與絕緣體104的表面共面。注意到的是，由于生產(chǎn)容限，實(shí)踐中柵極的頂表面可能最終比絕緣體的表面稍高或稍低。當(dāng)兩表面之差小于或等于約5nm時(shí)，則根據(jù)本公開的教示認(rèn)為兩表面基本共面。具體地，如果柵極的頂表面高出絕緣體104的表面小于或等于約5nm，則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體104的表面基本共面。類似地，如果柵極的頂表面低于絕緣體104的表面小于或等于約5nm，則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體104的表面基本共面。
[0056]如果期望，則可以可選地在局部化的柵極電介質(zhì)704和絕緣體104上(毪狀)沉積附加的毯狀電介質(zhì)層902作為對(duì)柵極電介質(zhì)704的補(bǔ)充。參見圖9。更具體地，可以利用多層?xùn)艠O電介質(zhì)，其中的至少一層(在此情況下是柵極電介質(zhì)704)被選擇性地沉積在底柵上。類似地，可以按照在此描述的相同方式在圖5的局部柵極電介質(zhì)(即，金屬氧化物層502)上形成毯狀電介質(zhì)層，以形成圖9的多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)構(gòu)造。雖然這一多層?xùn)艠O電介質(zhì)構(gòu)造并未結(jié)合圖5明確地示出，但其實(shí)現(xiàn)與圖9所示和在此的描述相同。
[0057]多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)構(gòu)造的使用在使用典型地被毯狀沉積的柵極電介質(zhì)(諸如，鉿氧化物(HfO2))時(shí)可能是有利的，這是因?yàn)檫@類柵極電介質(zhì)在沒有首先在柵極上形成種子或諸如化學(xué)氧化物的浸潤(rùn)層的情況下可能無(wú)法在柵極上良好成核。注意到諸如HfO2的柵極電介質(zhì)會(huì)典型地在周圍的絕緣體表面上良好成核。
[0058]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，當(dāng)使用多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)構(gòu)造時(shí)，該多層?xùn)艠O電介質(zhì)的局部柵極電介質(zhì)層704可以是熱氧化物或快速熱氧化物，例如SiO2或諸如硅氧氮化物(SiOxNy)的氧氮化物，或是化學(xué)氧化物。多層?xùn)艠O電介質(zhì)的毯狀電介質(zhì)層902的適合材料包括但不限于半導(dǎo)體的絕緣氧化物(諸如Si02)、半導(dǎo)體的絕緣氮化物、半導(dǎo)體的絕緣氧氮化物、金屬的絕緣氧化物(諸如TiO2、氧化鋁(Al2O3)或HfO2)、金屬的絕緣氮化物、金屬的絕緣氧氮化物、包括由至少一種前述材料組成的層的絕緣金屬硅酸鹽或分層堆疊。層704優(yōu)選地具有從約3埃到約15埃的厚度，例如從約6埃到約10埃。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，層902包括在硅的濕法化學(xué)清洗(例如具有或不具有O3的Η20/ΝΗ40Η/Η202中的硅清洗)中形成的化學(xué)氧化物。當(dāng)?shù)讝湃缟纤鲇蒔d/Ti雙層形成或是如下所述由絕緣體上半導(dǎo)體(SOI)層形成時(shí)，則例如可以使用熱氧化(參見上文對(duì)圖5的描述)選擇性地形成金屬氧化物或半導(dǎo)體的絕緣氧化物(諸如SiO2)柵極電介質(zhì)。該電介質(zhì)用作第一電介質(zhì)層704。該第一電介質(zhì)層隨后可以起到用于毯狀沉積第二電介質(zhì)層902(例如，通過ALD沉積的諸如HfO2的金屬氧化物)的種子或浸潤(rùn)層的作用。以此方式形成的第二 (毯狀)柵極電介質(zhì)層902將位于局部柵極電介質(zhì)之上，即第一電介質(zhì)層704之上，并且將在絕緣體104的至少一部分之上橫向延伸(如圖9所示)。
[0059]隨后可以在柵極電介質(zhì)的至少一部分之上(在柵極電介質(zhì)的部分或全部之上，但不在相鄰絕緣體或僅在部分相鄰絕緣體之上)形成諸如石墨烯或碳納米管的碳基納米結(jié)構(gòu)材料層1002。跟隨圖8，圖1OA是示出了已在柵極電介質(zhì)704之上形成的石墨烯或碳納米管層1002的橫截面圖示。當(dāng)層1002是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在柵極電介質(zhì)704上。當(dāng)層1002是石墨烯層時(shí)，則可使用層轉(zhuǎn)移將石墨烯沉積在柵極電介質(zhì)704上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分1007將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分1008則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。然而，無(wú)需將石墨烯或碳納米管層的布置限制在僅柵極電介質(zhì)704之上。僅作為示例，層1002可以在柵極電介質(zhì)704上并且在絕緣體104的至少一部分上(未示出)形成。
[0060]如圖1OA所示，分別標(biāo)記為〃S〃和〃D〃的導(dǎo)電源極接觸部1004和導(dǎo)電漏極接觸部1006在溝道的相對(duì)兩側(cè)被形成為與上述石墨烯或碳納米管層1002接觸。源極接觸部1004和漏極接觸部1006優(yōu)選地在絕緣體104之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，源極接觸部1004和漏極接觸部1006是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種的金屬接觸部并且是通過電子束或熱蒸發(fā)形成。制造現(xiàn)已完成。在完成的器件結(jié)構(gòu)中，如圖1OA所示，柵極電介質(zhì)局部于底柵。
[0061]作為替換，跟隨圖9，圖1OB是示出了已在多層?xùn)艠O電介質(zhì)層704/902之上形成的石墨烯或碳納米管層1008的橫截面圖示。當(dāng)層1008是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在多層?xùn)艠O電介質(zhì)層704/902上。當(dāng)層1008是石墨烯層時(shí)，則可使用層轉(zhuǎn)移將石墨烯沉積在多層?xùn)艠O電介質(zhì)層704/902上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分1013將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分1014則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。然而，無(wú)需將石墨烯或碳納米管層的布置限制在僅多層?xùn)艠O電介質(zhì)層704/902之上。僅作為示例，層1008可以在多層?xùn)艠O電介質(zhì)層704/902之上并且在絕緣體104的至少一部分之上(未示出)形成。
[0062]如圖1OB所示，分別標(biāo)記為〃S〃和〃D〃的導(dǎo)電源極接觸部1010和導(dǎo)電漏極接觸部1012在溝道的相對(duì)兩側(cè)被形成至上述石墨烯或碳納米管層。源極接觸部1010和漏極接觸部1012優(yōu)選地在絕緣體(即，電介質(zhì)層902)之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，源極接觸部1010和漏極接觸部1012是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種的金屬接觸部并且是通過電子束或熱蒸發(fā)形成。制造現(xiàn)已完成。在完成的器件結(jié)構(gòu)中，如圖1OB所示，多層?xùn)艠O電介質(zhì)中的至少一層局部于底柵。
[0063]在又一個(gè)示例性實(shí)施例中，通過圖案化從毯狀層形成局部底柵(與上述使用溝槽限定柵極的例子相比較)，隨后在底柵上形成柵極電介質(zhì)(毯狀的或局部化的)。該例如圖11-15C中所示。
[0064]該例中的開始結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是單晶SOI晶片(諸如，絕緣體上硅晶片)。參見圖11。圖11是例示了制造工藝的起始結(jié)構(gòu)的橫截面圖示，即具有通過絕緣層(例如，埋入氧化物(BOX) 1106)與基底1104 (即，硅基底)分開的導(dǎo)電材料層(例如，SOI層1102)的SOI晶片。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，SOI層1102是厚度在約50nm到約IOOnm的單晶SOI層(雖然更厚或更薄的SOI層也是可能的)，而B0X1106則是厚度在約IOOnm到約200nm(例如，約150nm)的SiO2層。SOI層1102用作柵極材料并且將被用于形成器件的局部底柵。使用單晶SOI作為柵極材料從處理工藝的視角和材料的視角來看都是有利的，這是因?yàn)閺奶幚砉に嚨囊暯莵砜从糜跍\溝槽絕緣(STI)的技術(shù)和設(shè)施已經(jīng)被良好建立，而從材料的視角來看SOI極為平滑并且產(chǎn)生高質(zhì)量熱氧化物(參見如下)。
[0065]要求其恰當(dāng)用作柵極材料的SOI層的導(dǎo)電性可以通過本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的離子注入和激活退火步驟實(shí)現(xiàn)，優(yōu)選地通過選擇不會(huì)使得全部厚度的SOI層無(wú)定形化的注入條件而照顧到對(duì)SOI柵極區(qū)域的單晶特性的保留。SOI的某些無(wú)定形性是可接受的，這是因?yàn)樵谀承﹩尉Ч枞匀挥米魍庋釉偕L(zhǎng)的模板的情況下，無(wú)定形區(qū)域?qū)⒃诩せ钔嘶鹌陂g重新結(jié)晶為單晶硅。如果全部厚度的SOI層是無(wú)定形的，則該SOI層將會(huì)重新結(jié)晶成多晶硅，而多晶硅會(huì)被預(yù)期為比等效單晶硅材料更粗糙且導(dǎo)電更差。這些離子注入和激活退火步驟可以在SOI層圖案化之前或之后執(zhí)行(參見下文)。
[0066]然而，在此例中并非必須以單晶SOI晶片開始。例如，可以使用非單晶硅層(諸如，摻雜或非摻雜的多晶硅)作為絕緣層上的導(dǎo)電材料層開始，其中所述硅層用作柵極材料(未示出)。更一般地，可以使用絕緣層上任意導(dǎo)電柵極材料的毯狀或圖案化層作為開始。然而，由于上述原因，優(yōu)選SOI晶片，并且隨后的描述將聚焦于基于SOI的實(shí)現(xiàn)。
[0067]接下來，柵極材料(B卩，此例中的SOI層)被圖案化(B卩，在所選區(qū)域內(nèi)移除)。所得的是局部底柵。在此特定的基于SOI的示例中，局部底柵層使用淺溝槽隔離(STI)技術(shù)進(jìn)行圖案化，該技術(shù)涉及在SOI晶片中蝕刻空腔(由此隔離該SOI層的一個(gè)或多個(gè)部分)并且使用電介質(zhì)材料填充這些空腔(參見如下)。值得注意的是空腔必須做的足夠深以到達(dá)BOX。然而，如果期望，也可以將它們做的更深。例如，為了相鄰器件之間更好的電絕緣，可以優(yōu)選更深的溝槽隔離。因此，圖12A是例示了已被形成為延伸通過導(dǎo)電材料層(即，SOI層1102)并延伸到絕緣層(即，BOX層1106)內(nèi)的空腔1202的橫截面圖示。所得的是局部底柵1203。通過比較，圖12B是例示了已被形成為延伸通過導(dǎo)電材料層(即，SOI層1102)、通過絕緣層(即，BOX層1106且經(jīng)修改的BOX層現(xiàn)被給予參考編號(hào)為1106a)并延伸到基底1104 (經(jīng)修改的基底現(xiàn)被給予參考編號(hào)為1104a)的一部分內(nèi)的空腔1204的橫截面圖示。所得的是局部底柵1205?？涨?202/1204可以使用諸如定時(shí)RIE的定時(shí)蝕刻形成，其中各空腔的深度由每次蝕刻的時(shí)間長(zhǎng)度控制。
[0068]使用本領(lǐng)域內(nèi)已知的STI工藝流程，于是空腔利用例如氧化物的電介質(zhì)材料填充。電介質(zhì)可以使用任何合適的沉積工藝沉積在空腔內(nèi)，并且(如果期望)可以使用諸如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)的處理來平面化。跟隨圖12A，圖13A是例示了已被填充有電介質(zhì)1302的空腔1202 (淺空腔)的橫截面圖示。相應(yīng)地，跟隨圖12B，圖13B是例示了已被填充有電介質(zhì)1304的空腔1204 (深空腔)的橫截面圖示?？梢允褂孟嗤碾娊橘|(zhì)作為電介質(zhì)1302和 1304。
[0069]在任一情況下，如圖13A和13B所示，所得的分別是嵌入在絕緣體(電介質(zhì))中的局部底柵1203或1205。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，如上所述形成的局部底柵1203或1205的頂表面與絕緣體(即，電介質(zhì)1302或1304)的表面平齊。由于表面彼此齊平，因此各底柵的頂表面分別與絕緣體表面共面。注意到的是，由于生產(chǎn)容限，實(shí)踐中各柵極的頂表面可能分別最終比絕緣體的表面稍高或稍低。當(dāng)兩表面之差小于或等于約5nm時(shí)，則根據(jù)本公開的教示認(rèn)為兩表面基本共面。具體地，如果各柵極的頂表面分別高出絕緣體表面小于或等于約5nm,則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體的表面基本共面。具體地，如果兩柵極的頂表面分別低于絕緣體的表面小于或等于約5nm，則在此認(rèn)為柵極的頂表面與絕緣體的表面基本共面。
[0070]隨后在底柵之上形成柵極電介質(zhì)。柵極電介質(zhì)可以是底柵和其他表面(即，絕緣體的至少一部分，上述絕緣體即電介質(zhì)1302或1304)之上的毯狀電介質(zhì)、僅在底柵之上的局部電介質(zhì)，或是局部和毯狀電介質(zhì)的組合。為了描述方便，這三個(gè)電介質(zhì)構(gòu)造將參考(圖12A和13A的)淺空腔實(shí)施例在圖14A、14B和14C中例示，并且應(yīng)該理解相同的處理工藝也可應(yīng)用于深空腔變形(圖12B和13B)。[0071]圖14A是已被毯狀沉積在底柵1203上和電介質(zhì)1302的至少一部分上(或者在深空腔實(shí)施例的情況下，毯狀沉積在底柵1205上和電介質(zhì)1304的至少一部分上)的柵極電介質(zhì)1402的橫截面圖示。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，柵極電介質(zhì)1402是半導(dǎo)體或金屬的絕緣氧化物、氮化物或氧氮化物，諸如作為半導(dǎo)體氧化物的二氧化硅(SiO2)，作為金屬氧化物的Ti02、Al203或HfO2，絕緣金屬硅酸鹽；或是包括至少一種這類材料的分層堆疊。柵極電介質(zhì)1402可以通過本領(lǐng)域已知的任何技術(shù)沉積，這些技術(shù)包括但不限于物理氣相沉積(PVD)(例如，濺射和蒸發(fā))、CVD、等離子輔助的CVD以及這些方法與附加氧化步驟組合的任意技術(shù)。
[0072]第二可選項(xiàng)是使用局部柵極電介質(zhì)構(gòu)造。圖14B是例示了已被形成為局部于底柵1203 (或者在深空腔實(shí)施例情況下的底柵1205)的柵極電介質(zhì)1404。在此示例性實(shí)施例中，柵極電介質(zhì)1404可以通過熱或化學(xué)氧化底柵的一部分形成。這些熱氧化技術(shù)已在上文結(jié)合圖5的描述而有所說明。在圖5的示例中，使用的是Pd/Ti雙層。在此，底柵1203從SOI層形成并由此含硅。SOI底柵1203的上部可以因此被氧化以形成SiO2柵極電介質(zhì)1404。對(duì)硅進(jìn)行氧化以形成受控厚度SiO2的方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員周知的，由此不在此做進(jìn)一步描述。實(shí)現(xiàn)局部柵極電介質(zhì)構(gòu)造的替換方式是通過選擇沉積。
[0073]第三可選項(xiàng)是形成局部柵極電介質(zhì)(例如，如在圖14B中所示)，隨后在局部柵極電介質(zhì)之上形成毯狀柵極電介質(zhì)。這一構(gòu)造在圖14C中示出。圖14C是例示了由兩個(gè)電介質(zhì)層組成的柵極電介質(zhì)，其包括局部于底柵1203(或者在深空腔實(shí)施例情況下的底柵1205)的柵極電介質(zhì)1406以及在該局部電介質(zhì)1406上和電介質(zhì)1302的至少一部分上的毪狀柵極電介質(zhì)1408。在此示例性實(shí)施例中，局部柵極電介質(zhì)1406以與圖14B所示并在上文描述的相同方式(例如，通過熱氧化)形成。毯狀柵極電介質(zhì)層1408使用本領(lǐng)域內(nèi)已知的任何技術(shù)(包括那些結(jié)合圖14A的毯狀柵極電介質(zhì)層1402提及的全部)沉積在局部電介質(zhì)1406上。根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，柵極電介質(zhì)1406是諸如SiO2的絕緣氧化物，而柵極電介質(zhì)1408是金屬氧化物。
[0074]隨后在柵極電介質(zhì)上形成諸如石墨烯或碳納米管的碳基納米結(jié)構(gòu)材料層。石墨烯或碳納米管形成之后的圖14A-C的各種構(gòu)造，即，毯狀柵極電介質(zhì)、局部柵極電介質(zhì)或多層局部/毯狀柵極電介質(zhì)分別在圖15A-C中示出。具體地，圖15A是例示了石墨烯或碳納米管層1502已被形成在柵極電介質(zhì)1402 (圖14A的毯狀柵極電介質(zhì)構(gòu)造)的至少一部分之上的橫截面圖示。當(dāng)層1502是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在柵極電介質(zhì)1402上。當(dāng)層1502是石墨烯層時(shí)，則可使用諸如CVD的沉積工藝將石墨烯沉積在柵極電介質(zhì)1402上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分1505將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分1507則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。
[0075]如圖15A所示，分別標(biāo)記為"S〃和〃D〃的導(dǎo)電源極接觸部1504和導(dǎo)電漏極接觸部1506在溝道的相對(duì)兩側(cè)被形成至上述石墨烯或碳納米管層。源極接觸部1504和漏極接觸部1506優(yōu)選地在絕緣體(即，電介質(zhì)1302)之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施例，源極接觸部1504和漏極接觸部1506是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種的金屬接觸部并且通過電子束或熱蒸發(fā)形成。制造現(xiàn)已完成。
[0076]圖15B是例示了石墨烯或碳納米管層1508已被形成在柵極電介質(zhì)1404 (圖14B的局部柵極電介質(zhì)-熱氧化構(gòu)造)的至少一部分之上的橫截面圖示。當(dāng)層1508是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在柵極電介質(zhì)1404上。當(dāng)層1508是石墨烯層時(shí)，則可使用諸如CVD的沉積工藝將石墨烯沉積在柵極電介質(zhì)1404上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分1511將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分1513則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。然而，無(wú)需將石墨烯或碳納米管層的布置限制在柵極電介質(zhì)1404之上。僅作為示例，層1508可以在柵極電介質(zhì)1404上并且在電介質(zhì)1302的至少一部分上(未示出)形成。
[0077]如圖15B所示，分別標(biāo)記為〃S〃和〃D〃的導(dǎo)電源極接觸部1510和導(dǎo)電漏極接觸部1512在溝道的相對(duì)兩側(cè)被形成至上述石墨烯或碳納米管層。源極接觸部1510和漏極接觸部1512優(yōu)選地在絕緣體(即，電介質(zhì)1302)之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施例，源極接觸部1510和漏極接觸部1512是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種的金屬接觸部并且通過電子束或熱蒸發(fā)形成。制造現(xiàn)已完成。在完成的器件結(jié)構(gòu)中，如圖15B所示，柵極電介質(zhì)局部于底柵。
[0078]圖15C是例示了石墨烯或碳納米管層1514已被形成在柵極電介質(zhì)1408 (圖14C的局部柵極電介質(zhì)毯狀-柵極電介質(zhì)構(gòu)造)的至少一部分之上的橫截面圖示。當(dāng)層1514是碳納米管層時(shí)，可以使用諸如旋涂之類的沉積工藝將碳納米管沉積在柵極電介質(zhì)1408上。當(dāng)層1514是石墨烯層時(shí)，則可使用諸如CVD的沉積工藝將石墨烯沉積在柵極電介質(zhì)1408上。在此構(gòu)造中，石墨烯或碳納米管層在底柵上的部分1517將會(huì)用作器件的溝道，而石墨烯或碳納米管層在溝道的相對(duì)兩側(cè)上的部分1519則將用作器件的源區(qū)和漏區(qū)。然而，無(wú)需將石墨烯或碳納米管層的布置限制在柵極電介質(zhì)1408之上。
[0079]如圖15C所示，分別標(biāo)記為"S〃和〃D〃的導(dǎo)電源極接觸部1516和導(dǎo)電漏極接觸部1518在溝道的相對(duì)兩側(cè)被形成至上述石墨烯或碳納米管層。源極接觸部1516和漏極接觸部1518優(yōu)選地在絕緣體(電介質(zhì)層1408)之上橫向延伸超出底柵。根據(jù)一個(gè)不例性實(shí)施例，源極接觸部1516和漏極接觸部1518是包括Pt、Pd和Au中的一種或多種的金屬接觸部并且通過電子束或熱蒸發(fā)形成。制造現(xiàn)已完成。在完成的器件結(jié)構(gòu)中，如圖15C所示，柵極電介質(zhì)局部于底柵。
[0080]應(yīng)該注意到，在此描述的底柵碳溝道器件可以進(jìn)一步包括諸如頂部鈍化層(例如，用于保護(hù)暴露的石墨烯或碳納米管表面免于環(huán)境污染)以及置于碳溝道上的頂部柵極電介質(zhì)之上的頂部柵極(用以制造雙柵器件)的附加元件。還應(yīng)注意到，本發(fā)明的碳溝道器件可以在電路中單獨(dú)應(yīng)用或應(yīng)用多個(gè)，并且包括至少一個(gè)該碳溝道器件的電路還可以包括具有非碳溝道的一個(gè)或多個(gè)器件。
[0081]如上所述，可以期望在本發(fā)明的器件的制造期間形成多層?xùn)艠O構(gòu)造。例如，如上文結(jié)合圖3描述所說明的，多層?xùn)艠O構(gòu)造可以包括由相對(duì)抗氧化的一種或多種金屬或其合金制成的第一金屬層以及第一金屬層上由相對(duì)易于氧化的一種或多種金屬或其合金制成的第二金屬層。第一和第二金屬層各自由單層制成，或者如圖16所示，第一和第二金屬層分別由金屬層的多層堆疊(即，標(biāo)記為“層I”至“層6”)組成。在此示例性實(shí)施例中，第一金屬層可由金屬層的堆疊制成，該堆疊中的每一層則由相對(duì)抗氧化的一種或多種金屬或其合金組成(例如，組成第一金屬層的每一層包含Ag、Au、Ir、N1、Pd、Pt或含有至少一種前述金屬的合金)?？梢允褂秒娮邮驘嵴舭l(fā)沉積每一金屬層。類似地，第二金屬層可由金屬層的堆疊制成，該堆疊中的每一層則由相對(duì)易于氧化的一種或多種金屬或其合金組成(例如，組成第二金屬層的每一層包含Al、Hf、Nb、Ta、Ti或含有至少一種前述金屬的合金)?？梢允褂秒娮邮驘嵴舭l(fā)沉積每一金屬層。在圖16的示例中，第一金屬層和第二金屬層分別由三層組合而成。這僅是例子并且可以使用更多或更少的層。例如，如上所述，第一金屬層可由多層材料制成而第二金屬層則可以是單種材料，并且反過來也可以。
[0082]雖然已經(jīng)在此描述了本發(fā)明的說明性實(shí)施例，但是應(yīng)該理解本發(fā)明不限于這些精確的實(shí)施例，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以做出各種其他的改變和修改而不背離本發(fā)明的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體管器件，包括: 基底； 基底上的絕緣體； 嵌入所述絕緣體的局部底柵，其中所述底柵的頂表面與所述絕緣體的表面基本共面； 所述底柵上的局部柵極電介質(zhì)； 位于所述局部柵極電介質(zhì)的至少一部分之上的碳基納米結(jié)構(gòu)材料，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道；以及 在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料包括石墨烯或碳納米管層。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述絕緣體包括二氧化硅。
4.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述局部底柵包括從由摻雜多晶硅、摻雜單晶硅、至少一種金屬和導(dǎo)電材料的分層堆疊組成的組中選出的導(dǎo)電材料。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述局部底柵包括鈀，并且所述局部柵極電介質(zhì)包括氧化鈦。
6.如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述局部柵極電介質(zhì)包括從由絕緣氧化物、絕緣氮化物、絕緣氧氮化物以及在分層結(jié)構(gòu)中包括至少一種前述材料的組合所組成的組中選出的材料。·
7.如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述局部柵極電介質(zhì)包括二氧化硅。
8.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括: 在所述局部柵極電介質(zhì)上和所述絕緣體的至少一部分上的毯狀柵極電介質(zhì)。
9.如權(quán)利要求8所述的器件，其中所述局部柵極電介質(zhì)包括二氧化硅，所述毯狀柵極電介質(zhì)包括金屬氧化物。
10.一種制造晶體管器件的方法，包括如下步驟: 提供其上具有絕緣體的基底； 在所述絕緣體內(nèi)的溝槽中形成局部底柵； 在所述底柵上形成局部柵極電介質(zhì)； 在所述局部柵極電介質(zhì)的至少一部分之上形成碳基納米結(jié)構(gòu)材料，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道；以及 在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上形成與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括如下步驟: 通過圖案化的抗蝕劑層蝕刻所述絕緣體內(nèi)的所述溝槽。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中在所述溝槽中形成所述底柵的步驟包括如下步驟: 將柵極材料毯狀沉積到所述圖案化的抗蝕劑層上和所述溝槽內(nèi)；以及 移除所述圖案化的抗蝕劑層和所述溝槽外的所述柵極材料。
13.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述底柵上形成所述局部柵極電介質(zhì)的步驟包括如下步驟:氧化所述底柵的上部以形成氧化物電介質(zhì)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括如下步驟: 將柵極材料毯狀沉積到所述圖案化的抗蝕劑層上和所述溝槽內(nèi)； 將柵極電介質(zhì)材料毯狀沉積到所述柵極材料上；以及 連同所述柵極材料和所述柵極電介質(zhì)材料在所述溝槽外的部分一并移除所述圖案化的抗蝕劑層。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括如下步驟: 在所述局部柵極電介質(zhì)上和所述絕緣體的至少一部分上形成毯狀柵極電介質(zhì)。
16.一種制造晶體管器件的方法，包括如下步驟: 提供在絕緣層上具有導(dǎo)電材料層的晶片； 在所述晶片內(nèi)形成空腔以隔離所述導(dǎo)電材料的一個(gè)或多個(gè)部分，其中所述導(dǎo)電材料的隔離部分用作所述器件的局部底柵； 用電介質(zhì)填充所述空腔； 在所述底柵上形成柵極電介質(zhì)； 在所述柵極電介質(zhì)的至少一部分之上形成碳基納米結(jié)構(gòu)材料，其中所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一部分用作所述器件的溝道；以及· 在所述溝道的相對(duì)兩側(cè)上形成與所述碳基納米結(jié)構(gòu)材料的一個(gè)或多個(gè)部分接觸并用作所述器件的源區(qū)和漏區(qū)的導(dǎo)電源極和漏極接觸部。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料層包括絕緣體上單晶半導(dǎo)體層，所述絕緣層包括埋入氧化物。
18.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料層包括摻雜的多晶硅。
19.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述空腔延伸到所述絕緣層內(nèi)。
20.如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述空腔延伸通過所述絕緣層。
21.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述底柵上形成的所述柵極電介質(zhì)局部于所述底柵。
22.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述底柵上形成所述柵極電介質(zhì)的步驟包括如下步驟: 在所述底柵上和填充空腔的所述電介質(zhì)的至少一部分上毯狀沉積柵極電介質(zhì)材料。
23.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述底柵上形成所述柵極電介質(zhì)的步驟包括如下步驟: 在所述底柵上形成局部柵極電介質(zhì)；以及 在所述局部柵極電介質(zhì)上和填充空腔的所述電介質(zhì)的至少一部分上形成毯狀柵極電介質(zhì)。
24.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述底柵上形成所述柵極電介質(zhì)的步驟包括如下步驟: 氧化所述底柵的上部以形成氧化物電介質(zhì)。
【文檔編號(hào)】H03H11/46GK103858344SQ201280026658
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】陳志宏, A·D·富蘭克林, 漢述仁, J·B·漢拿恩, K·L·薩恩格, G·S·土利維斯蓋 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司