隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法。
【背景技术】
[0002]根据摩尔定律，集成电路上的器件尺寸每两年减小将近一半。自20世纪后期以来，器件的尺寸减小已经成为技术进步的驱动力。然而，正如ITRS(Internat1nalTechnology Roadmap for Semiconductors,国际半导体技术蓝图)2009年版中所指出的，当临界尺寸缩小到亚22nm范围内时，器件尺寸的进一步减小将面临关于制造工艺和器件性能的限制。这些限制包括从短沟道和薄绝缘膜隧穿的电子、相关联的泄漏电流、无源功率消耗、短沟道效应、以及器件结构和掺杂的变化等等。通过采用单个碳纳米管或者碳纳米管阵列代替传统体MOSFET结构的沟道材料，可以在一定程度上克服上述限制并且进一步缩小器件尺度。
[0003]最近报道了在理想的全包围栅极结构中，具有自对准栅极的碳纳米管场效应晶体管(Carbon Nano Tube Field Effect Transistor, CNTFET)尺寸已经降到了 20nm。包围碳纳米管沟道的栅极的均匀性得到了巩固，并且这样的工艺也没有造成对碳纳米管的损害。
[0004]现有技术中公开了一种平面型结构的碳纳米管场效应晶体管，该平面型结构的碳纳米管场效应晶体管可以在基底中形成栅极，在栅极上方形成碳纳米管，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。另外，现有技术中还公开了一种包围型结构的碳纳米场效应晶体管，该包围型结构的碳纳米场效应晶体管可以在基底中形成沟槽，在沟槽上形成碳纳米管，在沟槽中包围碳纳米管形成栅极，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。
[0005]然而现有技术中的碳纳米管场效应晶体管的工作电压较高，耗能大，还不适用于CMOS技术和超大规模集成电路。而设计较好的隧穿碳纳米管场效应晶体管能够使未来的超大规模集成电路工作在0.1V的电压处并且具有亚60mV/deCade的亚阈值振荡特性。
【发明内容】
[0006]本发明的一个目的是提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，该隧穿碳纳米管场效应晶体管能够降低工作电压，使其适用于CMOS技术和超大规模集成电路。
[0007]根据本发明的第一方面，提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，包括:
[0008]位于衬底上的绝缘层；
[0009]位于所述绝缘层上的栅极；
[0010]位于所述栅极两侧并且位于所述绝缘层上的源区接触和漏区接触；
[0011]碳纳米管，被所述栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过所述栅极并且由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的第一部分和漏区接触侧的第二部分；
[0012]其中所述源区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第一部分间隔开，所述漏区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第二部分间隔开。
[0013]优选地，其中所述碳纳米管具有1-3纳米的直径。
[0014]优选地，其中所述碳纳米管由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，并距离所述绝缘层1-7纳米。
[0015]优选地，其中所述源区接触、栅极和漏区接触各自具有包围所述碳纳米管的具有圆形横截面的第一部分和位于所述绝缘层上的第二部分。
[0016]优选地，其中所述碳纳米管的第一部分的至少一部分没有被所述栅极和源区接触所包围，以及所述碳纳米管的第二部分的至少一部分没有被所述栅极和漏区接触所包围。
[0017]优选地，其中所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分具有与所述第一导电类型不同的第二导电类型。
[0018]优选地，其中通过Pd形成与所述碳纳米管接触从而形成源区接触，以及通过Ca形成与所述碳纳米管接触从而形成漏区接触。
[0019]优选地，其中Pd与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第一部分具有第一导电类型，所述Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的第二部分具有第二导电类型。
[0020]优选地，其中Pd能够用作源区接触，以及Ca能够用作漏区接触。
[0021]根据本发明的第二方面，提供一种隧穿场效应晶体管，包括:
[0022]位于衬底上的绝缘层；
[0023]位于所述绝缘层上的栅极；
[0024]位于所述栅极两侧的源区接触和漏区接触；
[0025]碳纳米管，被所述栅极、源区接触和漏区接触包围，其中所述碳纳米管的第一部分用作源区，具有第一导电类型，所述碳纳米管的第二部分用作漏区，具有第二导电类型。
[0026]优选地，其中所述碳纳米管的第一部分将所述源区接触和所述栅极间隔开，所述碳纳米管的第二部分将所述漏区接触和所述栅极间隔开。
[0027]优选地，其中所述栅极与所述源区接触和漏区接触位于相同的绝缘层上。
[0028]根据本发明的第三方面，提供一种制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法，包括:
[0029]提供衬底；
[0030]在所述衬底上形成绝缘层；
[0031]在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管；
[0032]对所述碳纳米管进行掺杂，以使得所述栅极两侧的碳纳米管部分分别形成具有不同导电类型的源区和漏区；以及
[0033]在源区和漏区处形成源区接触和漏区接触，所述源区接触和漏区接触通过所述碳纳米管的至少一部分与所述栅极间隔开。
[0034]优选地，其中在所述绝缘层上形成由栅极包围并支撑的碳纳米管包括:
[0035]在所述绝缘层上形成多孔硅层；
[0036]在所述多孔硅层上形成具有开口的光刻胶层，通过所述开口施加金属催化剂溶液；
[0037]烘焙并且去除所述光刻胶层；
[0038]利用化学反应在所述多孔硅层中形成碳纳米管；
[0039]去除部分所述多孔硅层以暴露至少部分所述绝缘层，使得所述碳纳米管的两端由剩余的多孔硅层支撑；
[0040]在所述绝缘层上形成包围所述碳纳米管的栅极；
[0041]去除剩余的多孔硅层。
[0042]优选地，其中对所述碳纳米管进行掺杂包括:利用蒸发和剥离工艺以金属Pd和Ca在所述栅极的两侧形成与所述碳纳米管的接触从而形成源区接触和漏区接触。
[0043]优选地，其中由金属Pd和Ca形成的接触分别用作源区接触和漏区接触，且位于所述绝缘层上并且包围所述碳纳米管。
[0044]优选地，其中金属Pd与Ca与所述碳纳米管的接触使得所述碳纳米管的相应部分分别具有第一和第二导电类型。
[0045]通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
【附图说明】
[0046]构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
[0047]参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本发明，其中:
[0048]图1是示意性地示出根据本发明的实施例的制造隧穿碳纳米管场效应晶体管的方法的流程图。
[0049]图2是示意性地示出图1中的步骤S103的具体流程的流程图。
[0050]图3是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0051]图4是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0052]图5是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0053]图6是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0054]图7是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0055]图8是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0056]图9是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0057]图10是示意性地示出根据本发明制造方法的一个阶段的结构的透视图。
[0058]图11是示意性地示出根据本发明实施例的隧穿碳纳米管场效应晶体管的结构的透视图。
【具体实施方式】
[0059]现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到:除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
[0060]同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。
[0061]以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
[0062]对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。
[0063]在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。
[0064]应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，