具有減小寄生電阻的帶電單層的碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管的制作方法
【專利摘要】具有由諸如碳納米管或石墨烯的碳納米結(jié)構(gòu)形成的溝道并且具有減小溝道的未選通區(qū)域中的寄生電阻的帶電單層的碳晶體管器件，以及制造具有用于減小寄生電阻的帶電單層的碳晶體管器件的方法。例如，碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括：形成在絕緣層上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道；形成在所述溝道上的柵極結(jié)構(gòu)；共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的DNA單層；共形地形成在所述DNA單層上的絕緣隔離物；以及通過所述溝道連接的源極接觸和漏極接觸。
【專利說明】具有減小寄生電阻的帶電單層的碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及具有減小寄生電阻的帶電單層(monolayer)的碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管，以及用于構(gòu)造具有減小寄生電阻的帶電單層的碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在下一代電子器件中將碳納米結(jié)構(gòu)集成為溝道材料與硅(Si)的持續(xù)按比例縮小相比提供了很多優(yōu)點(diǎn)。諸如碳納米管和石墨烯的碳納米結(jié)構(gòu)是呈現(xiàn)極高電流承載能力和遷移率的碳的兩種納米級(jí)形式，所述電流承載能力和遷移率超過Si的理論極限幾個(gè)數(shù)量級(jí)。此外，碳納米管(一維)和石墨烯(二維)是低維度(超薄體)材料，這允許他們?cè)贔ET (場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中積極縮放，而不招致阻礙現(xiàn)代縮放的器件的有害短溝道效應(yīng)。
[0003]對(duì)于溝道由碳納米管或石墨烯形成的一些常規(guī)FET，在源極/漏極電極與柵極電極之間存在交疊，使得源極/漏極電極之間的溝道區(qū)被完全選通(gated)。然而，源極/漏極電極與柵極電極之間的交疊導(dǎo)致寄生電容，這使電路性能劣化。為了減少這種寄生電容，具有碳納米管或石墨烯溝道的一些常規(guī)FET結(jié)構(gòu)被形成為具有不交疊的源極/漏極和柵極電極。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)，由于源極/漏極電極與柵極之間的欠重疊導(dǎo)致的溝道的未選通部分中的高寄生電阻，出現(xiàn)了性能瓶頸。
[0004]特別地，對(duì)于常規(guī)FET結(jié)構(gòu)，使用隔離物來將柵極電極與源極電極和漏極電極隔離。隔離物下的未選通的溝道區(qū)在FET的溝道內(nèi)提供了高電阻區(qū)域。對(duì)于常規(guī)Si CMOS器件，可以使用延伸摻雜來減小隔離物下方的溝道區(qū)的電阻。然而，對(duì)于石墨烯和碳納米管FET器件，不能通過常規(guī)方法對(duì)溝道進(jìn)行摻雜。因此，期望減小FET的碳納米管溝道的未選通區(qū)的寄生電阻的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的各方面包括具有由諸如碳納米管或石墨烯的碳納米結(jié)構(gòu)形成的溝道并且具有減小溝道的未選通區(qū)域中的寄生電阻的帶電單層的碳晶體管器件、以及制造具有用于減小寄生電阻的帶電單層的碳晶體管器件的方法。
[0006]在本發(fā)明的一方面，一種晶體管器件包括襯底和形成在該襯底上的絕緣層。包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道形成在所述絕緣層上。柵極結(jié)構(gòu)形成在所述溝道上。帶電單層共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分。絕緣隔離物共形地形成在所述帶電單層上。源極接觸和漏極接觸形成在所述溝道上。
[0007]另一方面，一種半導(dǎo)體集成電路包括絕緣襯底和形成在所述絕緣襯底上的多個(gè)碳晶體管器件。每一個(gè)所述碳晶體管器件包括:形成在所述絕緣襯底上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道；形成在所述溝道上的柵極結(jié)構(gòu)；共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的帶電單層；共形地形成在所述帶電單層上的絕緣隔離物；以及形成在所述溝道上的源極接觸和漏極接觸。
[0008]在本發(fā)明的又一方面，一種碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括:形成在絕緣層上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道。柵極結(jié)構(gòu)形成在所述溝道上，并且DNA單層共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分。絕緣隔離物共形地形成在所述DNA單層上，并且源極接觸和漏極接觸形成在所述溝道上。
[0009]在本發(fā)明的另一方面，一種形成晶體管器件的方法包括:在襯底上形成溝道層，該溝道層包含碳納米結(jié)構(gòu)材料；在所述溝道層上形成柵極結(jié)構(gòu)；形成共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道層的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的帶電單層；在所述帶電單層上共形地形成絕緣隔離物；以及在所述溝道的暴露部分上形成源極接觸和漏極接觸。
[0010]從下文中對(duì)其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中，本發(fā)明的這些和其它方面、特征及優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，所述詳細(xì)描述要結(jié)合附圖閱讀。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有減小寄生電阻的帶電單層的碳納米結(jié)構(gòu)晶體管器件的橫截面視圖。
[0012]圖2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I和2J示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例、用于構(gòu)造具有減小寄生電阻的帶電單層的碳納米結(jié)構(gòu)晶體管器件的方法，其中:
[0013]圖2A是在制造的初始階段的包括多層疊層的碳納米結(jié)構(gòu)晶體管器件的橫截面視圖，所述疊層包括襯底、絕緣層、碳溝道層、柵極電介質(zhì)材料層以及柵極電極材料層；
[0014]圖2B是在形成界定柵極區(qū)域的蝕刻掩模之后的圖2A的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0015]圖2C是在蝕刻?hào)艠O電極材料層以形成柵極電極之后的圖2B的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0016]圖2D是在蝕刻?hào)艠O電極材料層向下到溝道層之后的圖2C的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0017]圖2E是在形成共形地覆蓋柵極疊層和溝道層的暴露表面的帶電單層之后的圖2D的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0018]圖2F是在形成蝕刻帶電單層的光刻掩模之后的圖2E的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0019]圖2G是在帶電單層的表面上生長(zhǎng)絕緣層之后的圖2F的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0020]圖2H是在沉積金屬材料層以形成源極/漏極接觸之后的圖2G的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0021]圖21是在形成蝕刻所述金屬材料層的光刻掩模之后的圖2H的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；以及
[0022]圖2J是在蝕刻金屬材料層(通過掩模暴露)向下到達(dá)柵極疊層上的絕緣隔離物層以形成分開的源極/漏極接觸之后的圖21的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]現(xiàn)在將參考具有由碳納米結(jié)構(gòu)形成的溝道和帶電單層的晶體管器件以及制造所述晶體管器件的方法來更詳細(xì)地描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，所述碳納米結(jié)構(gòu)例如是碳納米管或石墨烯，所述帶電單層用于減小溝道的寄生電阻。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明不限于此處示出和描述的特定材料、特征和處理步驟。對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，對(duì)說明性實(shí)施例的修改將變得顯而易見。也應(yīng)當(dāng)理解，在附圖中示出的各種層和/或區(qū)域未按比例繪制，并且在給定圖中為了便于解釋，為明確示出在這種集成電路中常用類型的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體層和/或區(qū)域。特別地，對(duì)于處理步驟，要強(qiáng)調(diào)的是，此處提供的描述并不意圖包含形成功能性集成半導(dǎo)體器件可能需要的所有處理步驟。更確切地，為了精簡(jiǎn)描述，此處有目的地未描述形成半導(dǎo)體器件時(shí)常用的特定處理步驟，例如濕法清洗和退火步驟。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將容易認(rèn)識(shí)到從這些概括性描述省略的那些處理步驟。
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例具有減小寄生電阻的帶電單層的碳納米結(jié)構(gòu)晶體管器件的橫截面視圖。特別地，圖1示出了場(chǎng)效應(yīng)晶體管100，其包括襯底110、襯底110上的絕緣層120、形成在絕緣層120上的包括碳納米結(jié)構(gòu)的溝道130、形成在溝道130上的柵極結(jié)構(gòu)140/150、共形地覆蓋柵極結(jié)構(gòu)140/150和溝道130的與柵極結(jié)構(gòu)140/150鄰近的部分的帶電單層160、共形地形成在帶電單層160上的絕緣隔離物170、以及與溝道130接觸并且通過溝道130連接的源極/漏極電極180。
[0025]襯底110可以由Si形成并且絕緣層120可以是諸如二氧化硅的氧化物層。柵極結(jié)構(gòu)140/150包括柵極電介質(zhì)140和柵極電極150。柵極電極150通過柵極電介質(zhì)140與溝道130分開。源極/漏極電極180在與柵極結(jié)構(gòu)140/150鄰近的溝道130的相對(duì)端與溝道130相接觸地形成。源極/漏極電極180通過溝道130彼此連接。柵極140/150調(diào)節(jié)在源極/漏極電極180之間流過溝道130的電子。溝道130可以由諸如一個(gè)或多個(gè)碳納米管或石墨烯的碳納米結(jié)構(gòu)形成。
[0026]在圖1的器件幾何結(jié)構(gòu)中，源極/漏極電極180和柵極電極150沒有交疊，這使得寄生的柵極-源極和柵極-漏極電容最小，得到最大化的操作速度。然而，在柵極的每側(cè)在隔離物170下方的溝道130的未選通區(qū)域?qū)⒃谔技{米結(jié)構(gòu)溝道130中提供高電阻區(qū)域。隔離物170與溝道130之間的帶電單層160用于對(duì)隔離物170下方的溝道130的未選通部分進(jìn)行“靜電摻雜”，以減小源極/漏極電極180之間的溝道130的寄生電阻。特別地，帶電單層160由在隔離物170下方的溝道130的未選通區(qū)域中引入電荷的材料形成。
[0027]帶電單層160可以由能夠在溝道層130中引入電荷同時(shí)提供柵極電極150與溝道130之間的絕緣以便柵極電極150不與溝道130電短路的任何適當(dāng)?shù)牟牧闲纬?。在一個(gè)實(shí)施例中，帶電單層160由DNA材料形成，該DNA材料在柵極和溝道之間提供絕緣同時(shí)具有電荷以在溝道層中引入電荷。帶電單層160可以由任何適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)材料或生物分子形成。帶電單層160可以是具有提供柵極電極150與溝道130之間的絕緣同時(shí)具有電荷以在溝道層130中引入電荷的特性的材料的自組裝單層。此外，如在下文中更詳細(xì)討論的，帶電單層160用作籽層或基礎(chǔ)，在其上生長(zhǎng)絕緣隔離物170，由此提供自對(duì)準(zhǔn)的隔離物制造步驟。
[0028]圖2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I和2J示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例、用于構(gòu)造具有減小寄生電阻的帶電單層的碳納米結(jié)構(gòu)晶體管器件的方法。特別地，圖2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G、2H、2I和2J是在各制造階段的圖1的半導(dǎo)體FET器件100的一部分的橫截面視圖。圖2A是在初始制造階段的FET器件100的橫截面視圖，其中形成了多層疊層，該多層疊層包括襯底110、絕緣層120、碳溝道130、形成在溝道層130上的柵極電介質(zhì)材料層145以及形成在柵極電介質(zhì)材料層145上的柵極電極材料層155。
[0029]圖2A中的疊層結(jié)構(gòu)可以通過在體襯底上沉積絕緣材料而在襯底110上形成絕緣層120制造。襯底110可以是硅襯底(重?fù)诫s的或輕摻雜的)并且絕緣層120可以由諸如SiO2的氧化物材料或諸如Si3N4的氮化物材料形成。絕緣層120的厚度可以在IOnm到幾u(yù)m的范圍內(nèi)，只要其提供足夠的絕緣特性。[0030]碳溝道層130包括諸如碳納米管或石墨烯的碳納米結(jié)構(gòu)，該碳納米結(jié)構(gòu)形成在所述絕緣層120上以用作FET器件的溝道。可以使用各種已知方法來在絕緣層120上形成碳納米管或石墨烯溝道層130。僅舉例而言，可以采用諸如從碳納米管的生長(zhǎng)襯底轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移技術(shù)或用于石墨烯的脫落。這些轉(zhuǎn)移工藝對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是已知的并且因此不在此處進(jìn)一步描述這些工藝的細(xì)節(jié)。在其它實(shí)施例中，可以使用(從溶液的)隨機(jī)分散以及諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)技術(shù)的其它已知方法，將諸如碳納米管或石墨烯的碳材料沉積或生長(zhǎng)在絕緣層120上。
[0031]柵極電介質(zhì)材料層145可以由各種類型的已知電介質(zhì)材料中的一種或多種形成，所述已知電介質(zhì)材料例如為二氧化硅(Si02)、氮化硅(Si3N4)、氧化鉿(HfO2)或其它高K (介電常數(shù))材料，通過化學(xué)氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)或其它已知方法沉積?？梢砸孕∮诩s10納米(nm)厚度,例如，以約3nam到約IOnm的厚度,形成柵極電介質(zhì)材料層145。柵極電介質(zhì)材料層145可以包括諸如TiO2和HfO2等的高K電介質(zhì)材料，以增加器件跨導(dǎo)。
[0032]柵極電極材料層155可以由一種或多種類型的金屬材料形成并且使用已知方法沉積。特別地，柵極電極材料層155可以由使用濺射或電子束蒸鍍沉積的金屬材料或金屬的組合形成?？梢允褂贸Ｓ糜谛纬蓶艠O電極的任何已知金屬，并且對(duì)于P溝道和n溝道器件所選擇的具體金屬可以變化以相應(yīng)地調(diào)諧閾值電壓。僅舉例而言，適當(dāng)?shù)臇艠O金屬包括但不限于金(Au)、鋁(Al)、鈦(Ti)和/或鈀(Pd)?；蛘?，這些柵極電極材料層155可以由多晶Si (poly-Si)形成，其中多晶Si可以被摻雜以獲得期望的功函數(shù)和電導(dǎo)率。用于多晶Si摻雜的技術(shù)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是已知的，因此不在此處進(jìn)一步描述。
[0033]該示例性制造過程中的下一步驟包括蝕刻?hào)艠O電極材料層155和柵極電介質(zhì)材料層145以形成柵極疊層結(jié)構(gòu)。具體地，圖2B是在使用光刻方法形成界定柵極區(qū)域的蝕刻掩模200之后的圖2A的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖?？梢园ü庵驴刮g劑或備選的掩模材料的光刻掩模200用作蝕刻掩模來使用第一蝕刻過程205蝕刻?hào)艠O電極材料層155向下到柵極電介質(zhì)材料層145。該第一蝕刻過程205可以使用諸如RIE (反應(yīng)離子蝕刻)工藝的干法各向異性蝕刻工藝或者常用來蝕刻形成柵極電極材料層155的材料的任何其它蝕刻工藝進(jìn)行。
[0034]圖2C是在蝕刻?hào)艠O電極材料層155以形成柵極電極150之后的圖2B的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。然后進(jìn)行第二蝕刻過程210以蝕刻?hào)艠O電介質(zhì)材料層145向下到溝道層130，從而形成柵極電介質(zhì)140?？梢允褂脤?duì)溝道層130有選擇性的濕法化學(xué)蝕刻工藝(例如稀釋的HF)或其它方法來蝕刻?hào)艠O電介質(zhì)材料層145，以便電介質(zhì)蝕刻過程210對(duì)溝道層130沒有蝕刻損傷。圖2D是在蝕刻?hào)艠O電極材料層145向下到溝道層130之后的圖2C的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，得到了圖1所示的柵極疊層結(jié)構(gòu)140/150。
[0035]所述示例性制造過程中的下一步驟是在圖2D的結(jié)構(gòu)上形成帶電單層。圖2E是在形成共形地形成帶電單層165之后的圖2D的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖，所述帶電單層165共形地覆蓋柵極疊層140/150的上表面和側(cè)表面以及溝道層130的暴露表面。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，帶電單層165可以由DNA形成(提供DNA納米結(jié)構(gòu))?？梢杂米鲙щ妴螌拥钠渌牧峡梢杂糜谛纬蓡螌?65，包括但不限于，諸如LNA等的DNA類似物、肽、帶電脂肪雙層、諸如PAA、SAM、PAH、硅烷等的 SAM。
[0036]帶電單層165可以是自組裝單層(SAM)。關(guān)于自組裝單層，公知的是包含特定端頭基團(tuán)(terminal head group)的有機(jī)分子將從溶液自組裝以在特定表面上形成單層。最常用的單層由如下材料形成:附于金襯底的有機(jī)硫醇；與二氧化硅反應(yīng)的有機(jī)烷氧基或氯硅燒；或者與金屬氧化物反應(yīng)的膦酸、氧廂酸(hydroxamic acid)或羧酸。通過所述頭基在表面上的化學(xué)吸附以及使端頭基與所述表面形成共價(jià)鍵(在硅烷或硫醇的情況下)或離子鍵(在酸的情況下)，以及分子之間的分子間相互作用(例如，范德瓦耳斯力，P1-Pi相互作用或氫鍵)，來穩(wěn)定化所述單層。通過將襯底放在溶液中制備自組裝單層，該溶液包含在非反應(yīng)性低沸點(diǎn)溶劑中形成該單層的分子。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，存在若干表面，這些表面在形成帶電單層165時(shí)需要DNA或其它生物分子的附著。例如，就需要金屬-生物分子共軛的金屬材料(例如，柵極電極150)而言，可以通過將生物分子直接物理吸收到表面上或者通過引入中間自組裝單層，在金屬上形成DNA/生物分子層。例如，對(duì)于金電極，常常使用硫醇化學(xué)來將生物分子共價(jià)地附著于金表面。此外，可以用引入的硫醇基合成低聚物(oligos)，而在由硫醇功能基自然構(gòu)成的蛋白質(zhì)、半胱氨酸中。
[0038]此外，關(guān)于需要碳-生物分子共軛的形成碳溝道層130的碳納米結(jié)構(gòu)材料(例如，碳納米管或石墨烯)，已知的是DNA堿基，具體地，具有有助于與石墨材料的六方碳結(jié)構(gòu)配合的導(dǎo)電平面芳族結(jié)構(gòu)。在本領(lǐng)域中已知的是，DNA的所有四個(gè)含氮堿基對(duì)石墨表面具有強(qiáng)的親合性，但是大小有差別。就這一點(diǎn)而言，DNA堿基可以通過氫鍵相互作用，與下面的晶格結(jié)構(gòu)配準(zhǔn)地在石墨表面上組裝成單層。DNA吸附到石墨表面上不需要中間化學(xué)。
[0039]在形成單層165之后，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)光刻過程以從源極/漏極接觸區(qū)蝕刻掉帶電單層165的部分。圖2F是在形成蝕刻帶電單層165的光刻掩模之后的圖2E的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。如圖2F所示，在柵極結(jié)構(gòu)140/150之上并且在與溝道130上的與柵極疊層鄰近的單層165的部分上形成光刻掩模215。進(jìn)行蝕刻過程220以除去源極/漏極區(qū)中單層165的暴露部分，從而形成圖1的帶電單層襯層160。當(dāng)帶電單層164由DNA材料形成時(shí)，例如，可以使用任何已知的專有或非專有溶液來結(jié)合簡(jiǎn)短的酸處理濕法蝕刻DNA層。一些已知溶液可以用于通過與熱退火一起斷開磷酸二酯鍵來劈開DNA，而蝕刻DNA膜。此外，使用過氧化氫和/或氫氧化鈉的蝕刻工藝也可以用于除去DNA膜。
[0040]接下來，沉積絕緣材料以形成圖1中所示的絕緣隔離物170。圖2G是在帶電單層160上生長(zhǎng)絕緣層170之后的圖2F的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。可以使用ALD、CVD或其它方法將諸如SiO2或氮化物的絕緣材料沉積到帶電單層的表面上。在帶電單層160由DNA形成的一個(gè)示例性實(shí)施例中，DNA單層將作用絕緣材料的沉積助劑，并且因此，絕緣材料的ALD將僅發(fā)生在DNA單層的表面上。由于形成溝道層130的碳材料的惰性，碳溝道層130的源極/漏極區(qū)將不被沉積的絕緣材料覆蓋。
[0041]接下來，在圖2G的結(jié)構(gòu)上沉積金屬材料層以形成源極/漏極接觸。圖2H是在沉積隨后被蝕刻以形成源極/漏極接觸的金屬材料層185之后的圖2G的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。在圖2H中，可以通過濺射、蒸鍍或其它方法沉積諸如Pd、Al、Ti或其它金屬的一種或多種類型的金屬，形成金屬材料層185。其它可能的接觸金屬包括但不限于鎢(W)、鈦金(Au)、銀(Ag)、鑰(Mo)、鎳(Ni)、鈀(Pd)、銠(Rh)、鈮(Ni)或它們的組合。
[0042]接下來，通過圖案化和蝕刻圖2H的金屬材料層185形成圖1所示的源極/漏極接觸180。例如，圖21是在形成蝕刻金屬材料層185的光刻掩模225之后的圖2H的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。如圖21所示，掩模225在柵極疊層結(jié)構(gòu)上方界定開口 226，該開口 226暴露將被使用適當(dāng)?shù)奈g刻過程230蝕刻掉向下到達(dá)隔離物層170的金屬材料層185的部分。蝕刻過程230可以使用RIE或其它方法來蝕刻形成層185的金屬材料。
[0043]圖2J是在蝕刻金屬材料層185 (通過掩模暴露)形成開口 235向下到達(dá)柵極疊層上的絕緣隔離物層170之后的圖21的結(jié)構(gòu)的橫截面視圖。使用該過程，形成了分開的源極/漏極電極。之后，除去掩模225以獲得圖1所描繪的器件。在備選實(shí)施例中，以圖2H的結(jié)構(gòu)開始，可以使用CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)工藝拋光金屬材料層185向下到達(dá)絕緣隔離物170的頂表面，來形成分開的源極/漏極接觸180。
[0044]應(yīng)當(dāng)理解，此處描述的一個(gè)或多個(gè)碳納米結(jié)構(gòu)FET，可以用在諸如二極管或模擬和數(shù)字電路中的晶體管的電子器件中，并且/或者另外可用于形成用于各種類型的應(yīng)用的半導(dǎo)體集成電路。
[0045]盡管已經(jīng)在本文中參考附圖描述了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明不限于那些具體的實(shí)施例，并且在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下可以對(duì)所述實(shí)施例做出各種其它變化或修改。
【權(quán)利要求】
1.一種晶體管器件，包括: 襯底； 形成在所述襯底上的絕緣層； 形成在所述絕緣層上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道； 形成在所述溝道上的柵極結(jié)構(gòu)； 共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的帶電單層； 共形地形成在所述帶電單層上的絕緣隔離物；以及 形成在所述溝道上的源極接觸和漏極接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)包括碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)包括石墨烯。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述帶電單層是自組裝單層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述帶電單層由DNA形成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述帶電單層由有機(jī)材料形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述柵極結(jié)構(gòu)包括所述溝道上的電介質(zhì)層和所述電介質(zhì)層上的金屬層。
8.一種半導(dǎo)體集成電路`，其包括絕緣襯底以及形成在所述絕緣襯底上的多個(gè)碳晶體管器件，每一個(gè)所述碳晶體管器件包括: 形成在所述絕緣襯底上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道； 形成在所述溝道上的柵極結(jié)構(gòu)； 共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的帶電單層； 共形地形成在所述帶電單層上的絕緣隔離物；以及 形成在所述溝道上的源極接觸和漏極接觸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)包括碳納米管。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述碳納米結(jié)構(gòu)包括石墨烯。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述帶電單層是自組裝單層。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述帶電單層由DNA形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述帶電單層由有機(jī)材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體集成電路，其中所述柵極結(jié)構(gòu)包括形成在所述溝道上的電介質(zhì)層和形成在所述電介質(zhì)層上的金屬層。
15.—種碳場(chǎng)效應(yīng)晶體管,包括: 形成在絕緣層上的包含碳納米結(jié)構(gòu)的溝道； 形成在所述溝道上的柵極結(jié)構(gòu)； 共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的DNA單層； 共形地形成在所述DNA單層上的絕緣隔離物；以及 形成在所述溝道上的源極接觸和漏極接觸。
16.一種形成晶體管器件的方法，包括: 在襯底上形成溝道層，所述溝道層包含碳納米結(jié)構(gòu)材料； 在所述溝道層上形成柵極結(jié)構(gòu)； 形成共形地覆蓋所述柵極結(jié)構(gòu)以及所述溝道層的與所述柵極結(jié)構(gòu)鄰近的部分的帶電單層； 在所述帶電單層上共形地形成絕緣隔離物；以及 在所述溝道的暴露部分上形成源極接觸和漏極接觸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成溝道層包括形成碳納米管。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成溝道層包括形成石墨烯溝道。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成帶電單層包括形成自組裝單層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成帶電單層包括形成DNA材料膜。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成帶電單層包括形成有機(jī)材料膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中形成所述柵極結(jié)構(gòu)包括在所述溝道上形成柵極電介質(zhì)層以及在所述電介質(zhì)層上形成柵極金屬層。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述帶電單層上共形地形成絕緣隔離物包括:在所述帶電單層的表面上生 長(zhǎng)共形絕緣層或材料。
【文檔編號(hào)】H01L21/335GK103518255SQ201280022183
【公開日】2014年1月15日 申請(qǐng)日期:2012年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月10日
【發(fā)明者】邱馨瑩, 漢述仁, H·T·毛納 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司