专利名称：碳器件中的自对准接触的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体石墨和碳纳米管场效应晶体管器件以及允许在石墨和碳纳米管器件中制造接触的方法。
背景技术：
由硅形成的半导体器件通常包括离子掺杂源极和漏极区域。希望邻近器件的栅极形成源极和漏极区域以避免会导致器件中不希望的高寄生电阻的非导电区域。也同样希望避免在栅极的下方形成源极和漏极区域，因为在栅极的下方形成源极和漏极区域会导致器件中不希望的高寄生电容。碳器件可以包括碳材料层，如石墨或者碳纳米管。尽管碳材料并不经常掺杂离子， 但是在碳器件中源极和漏极的位置会影响这样的器件的寄生电阻和寄生电容。
发明内容
在本发明在第一方面中提供了一种形成半导体器件的方法，包括在衬底上形成碳材料；在所述碳材料上形成栅极叠层；在所述栅极叠层和部分所述碳材料之上形成间隔物；去除所述碳材料的暴露部分；去除所述衬底的暴露部分以形成通过所述碳材料和所述衬底限定的腔；以及在所述腔内形成导电接触。优选地，这样形成所述栅极叠层在所述碳材料上形成介电层；在所述介电层上形成金属层；以及去除部分所述介电层和部分所述金属层。优选地，去除所述衬底的暴露部分以形成所述腔包括各向同性蚀刻方法。优选地，去除所述衬底的暴露部分以形成所述腔包括湿蚀刻方法。优选地，去除所述碳材料的暴露部分包括氧等离子体蚀刻工艺。优选地，所述碳材料包括石墨层。优选地，所述衬底包括二氧化硅材料。优选地，所述衬底包括碳化娃材料。优选地，所述碳材料包括碳纳米管。在第二方面，提供了一种半导体器件，包括碳层，位于衬底上；栅极叠层，位于所述碳层的一部分上；第一腔，通过所述碳层和所述衬底限定；第二腔，通过所述碳层和所述衬底限定；源极区域，位于所述第一腔内，包括第一导电接触；以及漏极区域，位于所述第二腔内，包括第二导电接触。优选地，所述栅极叠层包括介电层，位于所述碳层上；以及金属栅极，位于所述介电层上。优选地，所述碳层包括碳纳米管。优选地，所述衬底包括氧化硅材料。优选地，所述衬底包括碳化硅材料。优选地，所述器件包括在所述碳层的一部分上形成的间隔物材料。优选地，所述第一腔至少部分地由所述碳层的设置在所述间隔物材料之下的部分限定。还提供了一种形成半导体器件的方法，包括在衬底上形成碳材料；在所述碳材料上形成栅极叠层；去除所述衬底的一部分以形成通过所述碳材料和衬底的一部分所限定的至少一个腔；以及在所述至少一个腔内形成导电接触。优选地，去除所述衬底的一部分以形成所述至少一个腔包括各向同性蚀刻方法。优选地，其中去除所述衬底的一部分以形成所述至少一个腔包括湿蚀刻方法。优选地，所述方法还包括在去除所述衬底的一部分之前去除所述碳材料的暴露的部分。在本发明的一个实施例中，一种形成半导体器件的方法包括在衬底上形成碳材料；在所述碳材料上形成栅极叠层；在所述栅极叠层和部分所述碳材料之上形成间隔物；去除所述碳材料的暴露部分；去除所述衬底的暴露部分以形成通过所述碳材料和所述衬底所限定的腔；以及在所述腔内形成导电接触。在本发明的另一实施例中，一种半导体器件，包括碳层，位于衬底上；栅极叠层，位于所述碳层的一部分上；第一腔，通过所述碳层和所述衬底限定；第二腔，通过所述碳层和所述衬底限定；源极区域，位于所述第一腔内，包括第一导电接触；以及漏极区域，位于所述第二腔内，包括第二导电接触。在本发明的又一实施例中，一种形成半导体器件的方法，包括在衬底上形成碳材料；在所述碳材料上形成栅极叠层；去除所述衬底的一部分以形成通过所述碳材料和衬底的一部分限定的至少一个腔；以及在所述至少一个腔内形成导电接触。
·现在将参考附图仅通过实例描述本发明的优选实施例，其中图1-7示例了用于形成半导体器件的方法和产生的的半导体器件的侧视图。
具体实施例方式图1-7示例了通过石墨形成具有源极和漏极区域的半导体器件的方法，源极和漏极区域避免器件中不希望的寄生电阻和寄生电容。参照图1，在衬底100上形成碳材料102，例如二维石墨材料、石墨纳米管材料或碳纳米管材料。衬底100可以包括例如二氧化硅材料或者碳化硅材料。碳材料102可以包括石墨层，石墨层可以通过例如利用使用甲烷的化学气相沉积工艺在诸如铜(未示出)的金属箔上外延形成石墨层，并转移碳材料102至衬底100而形成。碳材料102也可以通过利用退火工艺从碳化娃衬底去除娃获得石墨单层而外延形成石墨于碳化硅衬底上而形成。可选地，碳材料102可以包括纳米管，纳米管可以通过例如旋涂方法或者化学气相沉积工艺形成。以下引用包括可以被用来形成碳材料102的多种方法的实施例X. Li等人，“Large - Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films onCopper Foils”，Science (2009)，8，324，1312-1314) ;Κ·V.Emtsev 等人，“Towardswafer-size graphene layers by atmospheric pressuregraphitization of siliconcarbide”，Nature Materials, (2009)，8，203-207) ;Dai，H.，“Carbon Nanotubes:Synthesis, Integration, and Properties”，Acc. Chem. Res. 35，1035-1044，2002; LeMieux, M.，etal. , “Self-Sorted，Aligned Nanotube Networks For Thin-Film Transistors，，，Science,Vol. 321, pp. 101-104，2008。参照图2，通过诸如原子层沉积工艺在碳材料102上形成介电层202，例如高k介电材料(如硅酸铪、硅酸锆、二氧化铪或二氧化锆)。在介电层202上形成金属层204。金属层204可以由例如钽、钨、氮化钽、钯、铝或者氮化钛制成。图3说明了在去除部分金属层204和部分介电层202，而暴露出部分碳材料102并形成栅极叠层302后所获得的结构。栅极叠层302包括介电层202的一部分和金属层204的一部分。可以通过适当的蚀刻工艺，例如反应性离子蚀刻(RIE)和湿蚀刻工艺去除部分金属层204和部分介电层202。举例来说，可以利用反应离子蚀刻(RIE)工艺去去除部分金属层204，可以利用湿蚀刻工艺去去除部分介电层202。图4说明了在栅极叠层302和部分石墨层102上形成包封间隔物402后获得的结构。间隔物402可以由例如氮化物材料或者氧化物材料，如氧化铪所形成。参照图5，通过例如氧等离子体蚀刻工艺去除碳材料102的暴露部分，氧等离子体蚀刻工艺选择性地去除暴露的碳材料102并暴露出部分衬底100，但是不会明显地去除间隔物402材料或者衬底100材料。图6说明了在各向同性蚀刻衬底100以去除衬底100的暴露部分后获得的结构。蚀刻工艺可以包括，例如各向同性湿蚀刻工艺。蚀刻形成多个腔602，腔602通过碳材料102和衬底100所限定。控制蚀刻工艺以在间隔物402之下形成多个腔602。
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图7说明了在导电接触702形成后形成的器件700。导电接触在多个腔602 (图6)内形成源极区域(S) 703和漏极区域(D) 705。可以通过，例如原子层沉积工艺并在原子层沉积工艺后的诸如铜、铝、钯或银的导电金属的化学气相沉积工艺而形成导电接触702。器件700包括位于衬底100上的碳材料102 ;栅极叠层302，其包括位于碳材料102上的介电层202、位于介电层202上的形成栅极(G) 706的金属层204 ;以及导电接触702，导电接触702形成源极和漏极区域703和705。可以控制在图6中所讨论的衬底100的各向同性蚀刻，以影响多个腔602的几何形状。尽管所说明的实施例包括与栅极叠层302的纵向边缘704对准的多个腔602，但是可希望通过控制各向同性蚀刻工艺在栅极叠层302之下延伸腔602而“过重叠(overlap)”器件700，或者可希望通过形成未延伸至栅极叠层302的纵向边702的较小的腔602而“欠重叠(underlap)” 器件 700。这里使用的术语仅仅是为了描述特定实施例的目的，并不意味着限制本发明。同样，这里使用的单数形式“一”、“一个”以及“该”意味着包括复数形式，除非上下文另有明确指示。应进一步可以理解，当在本说明书中使用时术语“包含”和/或“包括”说明阐明的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或增加。以下权利要求中相应的结构、材料、动作和所有装置或步骤加功能要素的等价物旨在包括与作为具体所主张的与其他主张要素组合执行功能的任何结构、材料或动作。在不偏离本发明的范围和精神的情况下，对那些本领域的一般技术人员而言，许多修改和变更将是显而易见的。因为具有不同修改的各个实施方式适合于特殊的用途，所以为了最佳地解释本发明的原理以及实际应用和使本领域的其他一般技术人员理解本发明，选择并描述实施方式。此处描述的流程仅仅是一个实施例。在不偏离本发明的精神的情况下，对该图或步骤(或操作)可以有许多变更。例如，此步骤可以不同的次序下执行步骤，或者可以增加、删除或修改步骤。
权利要求
1.一种形成半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤 在衬底上形成碳材料； 在所述碳材料上形成栅极叠层； 在所述栅极叠层和部分所述碳材料之上形成间隔物； 去除所述碳材料的暴露部分； 去除所述衬底的暴露部分以形成通过所述碳材料和所述衬底限定的腔；以及 在所述腔内形成导电接触。
2.根据权利要求I的方法，其中所述栅极叠层通过以下步骤形成 在所述碳材料上形成介电层； 在所述介电层上形成金属层；以及 去除部分所述介电层和部分所述金属层。
3.根据权利要求I或2的方法，其中去除所述衬底的暴露部分以形成所述腔包括各向同性蚀刻方法。
4.根据权利要求I或2的方法，其中去除所述衬底的暴露部分以形成所述腔包括湿蚀刻方法。
5.根据权利要求I或2的方法，其中去除所述碳材料的暴露部分包括氧等离子体蚀刻方法。
6.根据任一上述权利要求的方法，其中所述碳材料包括石墨层。
7.根据权利要求I到5中任一项的方法，其中所述衬底包括二氧化硅材料。
8.根据权利要求I到5中任一项的方法，其中所述衬底包括碳化硅材料。
9.根据任一上述权利要求的方法，其中所述碳材料包括碳纳米管。
10.一种半导体器件，包括 碳层，位于衬底上； 栅极叠层，位于所述碳层的一部分上； 第一腔，通过所述碳层和所述衬底限定； 第二腔，通过所述碳层和所述衬底限定； 源极区域，位于所述第一腔内，包括第一导电接触；以及 漏极区域，位于所述第二腔内，包括第二导电接触。
11.根据权利要求10的器件，其中所述栅极叠层，包括 介电层，位于所述碳层上；以及 金属栅极，位于所述介电层上。
12.根据权利要求10或11的器件，其中所述碳层包括碳纳米管。
13.根据权利要求10或11的器件，其中所述衬底包括氧化硅材料。
14.根据权利要求10或11的器件，其中所述衬底包括碳化硅材料。
15.根据权利要求10到14中任一项的器件，其中所述器件包括在所述碳层的一部分上形成的间隔物材料。
全文摘要
一种形成半导体器件的方法，包括在衬底上形成碳材料；在碳材料上形成栅极叠层；去除衬底的一部分以形成至少一个腔，所述腔通过碳材料的一部分和所述衬底限定；以及在至少一个腔内形成导电接触。
文档编号H01L29/778GK102971854SQ201180033615
公开日2013年3月13日 申请日期2011年6月30日 优先权日2010年7月8日
发明者S-J·韩, 林崇勳, 郭德超, J·常 申请人:国际商业机器公司