装置结构及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了装置结构及其形成方法。霍尔效应装置和场效晶体管形成为包含碳基纳米结构层，例如碳纳米管和/或石墨烯，其上形成有牺牲金属层，以在处理期间保护碳基纳米结构层。
【专利说明】装置结构及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及包含碳基纳米结构层的霍尔效应装置和场效晶体管(FET)，更具体涉及包含通过利用无机牺牲沟道保护层的方法图案化的高载流子迁移率碳基纳米结构层的霍尔效应装置和FET装置。
【背景技术】
[0002]在下一代的电子装置中包含碳基纳米结构作为沟道材料对于硅(Si)的持续尺寸变化(scaling)提供优点。碳纳米管(CNT’ s)和石墨烯是碳的两种纳米级形式，显示出超过硅的理论极限几个量级的极高的电流运载能力和迁移率。另外，CNTs (I维)和石墨烯(2维)是低维(超薄体)材料，允许它们在场效晶体管中积极的缩小，而不招致困扰现代缩小的装置的短沟道效应的缺陷。
【发明内容】
[0003]这里描述的是CNT和石墨烯装置结构及其制造方法，该方法在抗蚀剂处理步骤期间利用牺牲沟道保护层保持CNT或石墨烯不暴露于存在的不希望的有机湿气(organicmoisties)。该方法可用于制造各种CNT或石墨烯装置,包括霍尔棒,选通霍尔棒(gatedHall bar)和场效晶体管(FETs)。
[0004]根据本发明，提供用于形成装置结构的方法，该方法包括:选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移第一图案到第一金属的第一层和碳基纳米结构层，以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层；去除第一图案化层；在绝缘基板和第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的第二图案化层，第二金属的第二图案化层具有包括彼此分隔开的多个接触的第二图案，其中各个接触具有在第一金属的第一图案化层上的部分和在绝缘基板上的部分；以及去除没有被多个接触覆盖的第一金属的第一图案化层，由此第一图案化碳基纳米结构层具有没有被第一金属的第一图案化层覆盖的区域。
[0005]本发明还提供装置结构，其包括:绝缘基板；在基板上的第一图案化碳基纳米结构层；在第一图案化碳基纳米结构层上的第一金属的第一图案化层；以及多个分隔开的接触，具有图案化金属层上的部分和绝缘基板上的部分；第一图案化碳基纳米结构层具有没有被第一金属的第一图案化层覆盖的区域。
[0006]本发明还提供用于形成装置结构的方法，其包括:选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移第一图案到第一金属的第一层和碳基纳米结构层，以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层；去除第一图案化层；在绝缘基板和第一金属的第一图案化层之上形成第一材料层，在升高到预定温度时，第一材料层与第一金属的第一图案化层反应；在第一材料层之上可选择地形成第二材料层；第二材料层相提供对于第一材料层的导电扩散阻挡；在第二材料层之上形成第二金属层；图案化第二金属层、第二材料层和第一材料层以形成分隔开的源极和漏极区域，其中各个区域具有在图案化金属上的部分和在绝缘基板上的部分；加热在图案化第一金属上的第一材料层，以导致图案化第一金属与第一材料层之间反应，用于形成化学化合物和合金之一的反应区域；以及选择性去除没有反应的图案化第一金属，以暴露在源极区域和漏极区域之间的图案化碳基纳米结构层。
[0007]本发明还包括与栅极电介质和栅极形成的附加步骤结合的前述方法，例如，用于制造包含高载流子迁移率的碳基纳米结构层的选通霍尔结构和FET装置。本发明还包括在绝缘基板上实施前述方法，该绝缘基板包括至少一个埋设的栅极，栅极上具有栅极电介质层，例如，以制造包含高载流子迁移率的碳基纳米结构层的底栅极或双栅极FET装置。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]本发明的这些和其它的特征、目标和优点在结合附图阅读时考虑本发明下面的详细描述将变得明显易懂，附图中:
[0009]图1是包括绝缘基板、在基板上的碳基纳米结构层和在碳基纳米结构层上的金属层的结构的俯视图。
[0010]图2是沿着图1的线2-2的截面图。
[0011]图3是在图案化金属层和碳基纳米结构层之后图1的基板的俯视图。
[0012]图4是沿着图3的线4-4的截面图。
[0013]图5是中间结构的俯视图。
[0014]图6是沿着图5的线6-6的截面图。
[0015]图7是霍尔效应装置的俯视图。
[0016]图8是沿着图7的线8-8的截面图。
[0017]图9是图案化掩模的俯视图。
[0018]图10是沿着图9的线10-10的截面图。
[0019]图11是在蚀刻之后图案化掩模的俯视图。
[0020]图12是沿着图11的线12-12的截面图。
[0021]图13是图案化的金属层、碳基纳米结构层和基板的俯视图。
[0022]图14是沿着图13的线14-14的截面图。
[0023]图15是FET的中间结构的俯视图。
[0024]图16是沿着图15的线16-16的截面图。
[0025]图17是FET的中间结构的俯视图。
[0026]图18是沿着图17的线18-18的截面图。
[0027]图19是FET的俯视图。
[0028]图20是沿着图19的线20-20的截面图。
[0029]图21是中间结构的截面图，示出了 FET的源极和漏极的顶部和侧壁上的电介质层,然而还缺少沟道区域中的石墨烯。
[0030]图22是示出在FET的源极和漏极的顶部上的电介质层的中间结构的截面图。
[0031]图23是示出图21和22的电介质层的组合的中间结构的截面图。[0032]图24是包含单一部件的源极和漏极且采用图22的额外电介质层的FET的截面图。
[0033]图25是包含包括延伸区域的两部件源极和漏极且采用图22的额外电介质层的FET的截面图。
[0034]图26-31是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有一部件源极和漏极，没有附加的源极和漏极电介质，且具有对于导电反应层的情况的反应沟道保护残留。
[0035]图32-37是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有多层的一部件源极和漏极，没有附加的源极和漏极电介质，且具有对于绝缘反应层的情况的反应沟道保护残留。
[0036]图38-43是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有包括源极和漏极衬垫以及源极和漏极延伸区域的两部件源极和漏极、附加的顶栅极和漏极电介质以及反应的沟道保护残留。
[0037]图44是示出延伸超过底栅极电极和碳基纳米结构层的栅极电介质的FET的截面图。
[0038]图45是示出图案化为覆盖底栅极电极的栅极电介质的FET的截面图。
[0039]图46是示出延伸超过底栅极电极和碳基纳米结构层的下栅极电介质的双栅极FET的截面图。
[0040]图47是示出图案化为覆盖底栅极电极的下栅极电介质的双栅极FET的截面图。【具体实施方式】
[0041]现在参见附图，图1-8示出了具有霍尔棒结构的霍尔效应装置的中间结构和最终结构的俯视图和截面图。图1示出了牺牲金属层14的俯视图，其用于保护图2所示的碳基纳米结构层20的上表面22不受诸如来自碳氢化合物的污染以及其它污染。图2是沿着图1的线2-2的截面图。例如，碳基纳米结构层20的上表面22的污染物可能来自于用于图案化碳基纳米结构层20的光致抗蚀剂的残留。结构12包括绝缘基板16、碳基纳米结构层20和牺牲金属层14。牺牲金属层14谓之牺牲是因为牺牲金属层14的重要部分仅临时存在并且旨在随后被去除。绝缘基板16例如可为SiC，或Si上方的Si02。绝缘基板16具有上表面18。碳基纳米结构层20形成于或位于上表面18上。碳基纳米结构20具有上表面22且可选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。牺牲金属层14形成在碳基纳米结构层20的上表面22上。牺牲金属层14可选自由N1、Pd、Cu和其它金属构成的组。
[0042]诸如具有第一图案23的光致抗蚀剂的第一图案化层(未示出)形成在牺牲金属层14上。第一图案化层可通过光刻而图案化，例如，利用通过包含第一图案23的掩模的光来曝光光致抗蚀剂。光致抗蚀剂随后被显影。第一图案23然后转移到牺牲金属层14和碳基纳米结构层20，以形成图3和4所示的第一图案化牺牲金属层24和第一图案化碳基纳米结构层26。
[0043]图3是图案化牺牲金属层24的俯视图。图4是沿着图3的线4-4的截面图。图案化牺牲金属层24具有上表面25，并且既用作蚀刻掩模又用于保护第一图案化碳基纳米结构层26的上表面22。碳基纳米结构层26优选以对绝缘基板16有选择性的蚀刻剂蚀刻。蚀刻典型地通过在工作气体中的反应离子蚀刻(RIE)、等离子体蚀刻、离子束蚀刻或溅射蚀刻执行。工作气体可以是单一气体或混合气体，并且典型地为包含氧的气体。
[0044]图5是已经通过添加工艺或减少工艺形成了彼此分隔的多个金属接触31-38之后的图3的结构的俯视图。添加工艺由下列步骤构成:在图案化光致抗蚀剂剥离模板(stencil)(未示出)上沉积毯覆性金属及随后去除剥离模板和其上的金属。减去工艺由下列步骤构成:沉积金属层，在金属层上形成图案化光致抗蚀剂掩模，随后去除金属层的暴露区域以形成多个接触31-38。图案化光致抗蚀剂掩模随后被去除。图6是沿着图5的线6-6的截面图。如图6所示，接触33和37具有在图案化牺牲金属层24的上表面25上的部分和在绝缘基板16的上表面18的部分。接触31、32、34-36和38同样具有在图案化牺牲金属层24的上表面25上的部分和在绝缘基板16的上表面18上的部分。
[0045]图7是用对碳基纳米结构层26有选择性的蚀刻剂蚀刻图案化牺牲金属层24之后的霍尔棒结构44的俯视图。多个接触31-38用作蚀刻期间的掩模。蚀刻剂去除了没有被多个接触31-38覆盖的图案化牺牲金属层24，使得绝缘基板16和第一图案化碳基纳米结构层26的没有被第一图案化牺牲金属层24覆盖的区域暴露。
[0046]图8是沿着图7的线8-8的截面图。图案化牺牲金属层24的保留部分43和47留在接触33和37下方，如图8所示。第一图案化牺牲金属层24的另外的保留部分也保留在接触31、32、34-36和38下方。选择用于第一图案化牺牲金属层24的金属应提供低的接触电阻，例如对各接触31-38和第一图案化碳基纳米结构层26低于le_°5ohm cm2。
[0047]对位标记(图1-8中没有示出)典型地用于在图案化期间便于随后的掩模对位。图
9-14示出了用于在图1和2所示的结构12中形成对位标记的方法。从图1和2的结构12开始，光致抗蚀剂层50形成在牺牲层14的上表面15上，并且光致抗蚀剂层50被图案化以在光致抗蚀剂层50中提供两个分隔开的诸如正方形的对位标记开口 52和54，如图9的俯视图所示。牺牲金属层14显示于对位标记开口 52和54的底部。图10是沿着图9的线
10-10的截面图，示出了对位标记开口52和54。
[0048]图11是示出光致抗蚀剂层50、碳基纳米结构层20’(示出在图12中)且延伸进入绝缘基板16’中的对位标记56和58的俯视图。图12是沿着图11的线12-12的截面图。蚀刻剂用于延伸对位标记开口 52和54穿过牺牲层14’、碳基纳米结构层20’且进入绝缘基板16’以形成对位标记56和58。图13是在已经去除光致抗蚀剂层50后牺牲金属层14’的俯视图。图14是沿着图13的线14-14的截面图，示出了对位标记56和58。图3_8所示的进一步的工艺可执行为在对位标记帮助下图案对准。
[0049]图15是场效晶体管的中间结构60的俯视图。图16是沿着图15的线16_16的截面图。形成中间结构60需要的工艺步骤对应于关于图1-8描述的工艺。在图15和16中，示出了其上具有第一图案化碳基纳米结构层26’的绝缘基板16。第一图案化碳基纳米结构层26’具有上表面22，其上具有图案化牺牲金属层24的残留部分43。源极64和漏极66类似于图8所示的接触33和37。栅极电介质层70形成在绝缘基板16、源极64、第一图案化碳基纳米结构层26’和漏极66之上。栅极电介质层70可选自由Si的氧化物和绝缘氧氮化物；诸如Al、Hf、Y的金属和其它金属的氧化物和绝缘氧氮化物以及它们的混合物构成的组；以上的氧化物和氧氮化物与下覆的缓冲层或籽层一起使用，籽层例如是由聚羟基苯乙烯的衍生物(聚合物 NFC1400-3CP,由 JSR Micro, Inc., 1280Mathilda Ave., Sunnyvale, CA制造)制成的有机的籽层。[0050]图17是场效晶体管72的俯视图，其包括图18的截面图所示的中间结构60和栅极电介质层70上的图案化导电栅极电极76。图18是沿着图17的线18-18的截面图。栅极电极76可通过添加工艺(例如，剥离)或者减少工艺(沉积着栅极层，随后去除选择的区域中的栅极层)而图案化。栅极电极76可包括任何适当的金属或金属的组合，例如，Ti/Au(例如，5nm 的 Ti 伴随着 25nm 的 Au), Cr/Au、Ti/Pd/Au 等。
[0051]图19是场效晶体管72’的俯视图。图20是沿着图19的线20-20的截面图。栅极电介质层70在源极64和漏极66之上的至少某些部分可典型地被去除以便于随后的电接触到导电互连结构。在图19和20中，示出不在栅极电极76下方的所有区域中的栅极电介质层70被去除，例如，在栅极电介质蚀刻期间采用栅极电极76用作掩模的工艺。
[0052]图21-23是可替换的中间结构的截面图，其可用于取代图16中的中间结构60，其中电介质层82、88或88和82’形成为减小对图24所示的栅极电极96的电容。与沿着图15的线16-16的截面图所示的图16的中间结构60形成对比，可替换的中间结构80、86和89的截面图示出为沿着从源极到漏极经由沟道的线。图21-23可根据图17-20中所示的步骤完成，其中形成栅极电极且选择性地去除栅极电介质。图21是中间结构80的截面图，示出了要形成的场效晶体管的源极64和漏极66的顶部和侧壁上的电介质层82。电介质层82对碳基纳米结构层26’的选择性在于它形成在源极64和漏极66以及残留部分43上而不形成在碳基纳米结构层26’上。电介质层82用于提供附加的(也就是，除了图24所示的栅极电介质层94之外的)电介质间隔，以隔开源极64和漏极66与如图24所示的栅极电极96，因此减小源极64和漏极66对栅极电极96的电容。
[0053]图22是中间结构86的截面图，示出了要形成的场效晶体管的源极64和漏极66的上表面上的电介质层88。电介质层88和用于形成源极64和漏极66的金属层优选米用相同的第二图案化层或掩模通过添加或减少工艺而被图案化。电介质层88用于提供附加的(就是说，除了图24所示的栅极电介质层94之外的)电介质间隔，以隔开源极64和漏极66与图24所示的栅极电极96，因此减小源极64和漏极66对栅极电极96的电容。
[0054]图23是中间结构89的截面图，示出了图21所示的电介质层82和图22所示的电介质层88的结合。电介质层82’位于电介质层88之上。电介质层82’和电介质层88用于提供附加的(就是说，除了图24所示的栅极电介质层94之外)电介质间隔，以隔开源极64和漏极66与图24所示的栅极电极96，因此减小源极64和漏极66对栅极电极96的电容。
[0055]作为示例，图24是场效晶体管90的截面图，其包括单一部件源极和漏极以及图22所示用以减小源极64和栅极电极96之间以及漏极66和栅极电极96之间的电容的额外的电介质层88。在图24中，以图22所示的中间结构86开始，栅极电介质94形成在电介质层88和第一图案化碳基纳米结构层26’之上。栅极电极96形成在栅极电介质94之上。栅极电极96可通过添加或减少工艺而形成。(也结合图17-20描述的)相同的工艺步骤也可用于从图21-23的中间结构80、86和89形成场效晶体管。
[0056]图25是包括两部件源极和漏极的场效晶体管102的截面图。与图24相比，源极104和漏极106薄于图24中的源极64和漏极66。图25中的电介质层88’形成为厚于图24中的电介质层88以减小栅极电极96对源极104和漏极106的电容。分别包含源极接触112和漏极接触114的图25所示的开口 108和110形成在栅极电介质94和电介质层88’中以暴露源极104和漏极106的上表面。图案化源极接触112、漏极接触114和栅极电极96可通过诸如剥离的添加工艺或诸如金属层沉积以及通过掩模蚀刻的减少工艺同时一起形成。尽管源极和漏极接触112和114没有示出为直接邻接电介质层88’，但是这些接触中的一者或二者可与电介质层88’略微间隔；与电介质层88’邻接或与电介质层88’略微重叠。
[0057]图26-31是示出形成图31所示的场效晶体管144的工艺流程的截面图，其中形成为保护碳基纳米结构层116的牺牲金属层118至少部分地与源极120和漏极122反应。反应的残留区域126和128设计为，相比于图21-23的未反应残留区域43和47，对去除牺牲金属层118的蚀刻工艺具有的较大的耐蚀刻性。
[0058]参见图26，绝缘基板16示出为具有图案化碳基纳米结构层116和在图案化碳基纳米结构层116的上表面119上的图案化牺牲金属118。源极120具有与图案化牺牲金属118重叠的部分和与绝缘基板16重叠的部分。漏极122具有与图案化牺牲金属118重叠的部分和与绝缘基板16重叠的部分。选择用于牺牲金属层118、源极120和漏极122的材料选择为在加热到预定温度时提供化学反应或合金化。
[0059]图27示出了牺牲金属层118与源极120反应形成的反应区域126。反应区域128是通过牺牲金属层118与漏极122反应而形成。源极120和漏极122可为Pt，而牺牲金属层118可为Pd，其反应形成Pt-Pd合金，Pt-Pd合金可比Pd (例如，没有与Pt形成合金的Pd)更加耐蚀刻。希望这样的Pt-Pd合金可通过在600-750图温度下退火I至15分钟的时间范围而形成，并且Pd的牺牲金属层可通过以例如10:1的H2O2 = H2SO4溶液在65°C下蚀刻而相对于Pt和反应的Pt-Pd合金区域被选择性去除。可替换地，源极120和漏极122可包括Ni或Pd，而牺牲金属层118可包括Si，在此情况下，金属Ni或Pd可与Si反应以形成包括硅化物NiSix或PdSix的反应区域。Ni或Pd和Si的材料选择所具有的宽工艺窗口的优点在于Si在与碳基纳米结构116反应之前容易与Ni和/或Pd反应。四甲基氢氧化铵(TMAH)是适合于对Pd和Ni及其硅化物选择性地去除Si的湿蚀刻，尽管金属Pd和Ni被认为是比它们的硅化物更不耐TMAH。
[0060]图28是牺牲金属层118被蚀刻掉之后的截面图。图29示出了形成在图28的结构132之上的栅极电介质134。图30示出了开口 136和138，其形成在栅极电介质134中以暴露源极120和漏极122的上表面。图31示出了场效晶体管144，其栅极电极142形成在栅极电介质134之上。开口 136和138可如图31所示保持打开，或者开口 136和138可处理为通过用导体填充开口 136和138而形成到源极120和漏极122的电接触。
[0061]图32-37是示出用于形成图37所示的场效晶体管178的工艺流程的截面图，场效晶体管178具有包括夹设在上金属层158和可以是绝缘的下反应层154之间的导电扩散阻挡层156的多层源极150和漏极152，其中导电扩散阻挡层156用于保证下反应层154仅与图案化牺牲金属118反应，而不与上金属层158反应。参见图32，绝缘基板16示出为具有图案化碳基纳米结构层116和在图案化碳基纳米结构层116的上表面119上的图案化牺牲金属118。主金属层158选择为具有高导电率。如上所述，导电扩散阻挡156用于保证反应层154仅与图案化牺牲金属118反应，而不与主金属层158反应。
[0062]图33示出了反应区域160，其通过牺牲金属层118与源极150的绝缘反应层154反应形成。反应区域162通过牺牲金属层118与漏极152的反应层154反应而形成。材料可选择为:用于图案化牺牲金属118的N1、用于反应层154的S1、用于导电扩散阻挡156的TiN、用于反应区域160和162的NiSix以及用于主金属层158的Pd。上面的材料的优点在于Ni+Si反应发生在300°C至400°C的范围内。在温度到600°C之上以前，Ni和C之间的反应预计不会发生。另一个优点是可相对于Pd和NiSix选择地蚀刻Ni的蚀刻剂的可用性，例如，来自 Cyantek Corporation, 30550sgood Court, Fremont, CA94538 的络蚀刻剂 CR-7 和CR-14 ((NH4)2Ce (NO3) 6与HClO4或乙酸的水性混合物)。
[0063]图34是在牺牲金属层118被蚀刻掉之后的结构168的截面图。图35示出了形成在图34的结构168之上的栅极电介质170。图36示出了栅极电介质170中的开口 172和174，用于暴露源极150和漏极152的主金属层158的上表面。图37示出了具有形成在栅极电介质170之上的栅极电极180的场效晶体管178。开口 172和174可如图37所示保持打开，或者开口 172和174可处理为通过用导体填充开口 172和174而形成对源极150和漏极152的电接触。
[0064]图38-43是示出形成图43所示场效晶体管202的工艺的截面图，场效晶体管202具有附加的顶部栅极/漏极电介质层186和188以及反应的沟道保护残留190和192。参见图38，绝缘基板16示出为具有图案化碳基纳米结构层116和在图案化碳基纳米结构层116的上表面119上的图案化牺牲金属118。源极182和漏极184包括反应层，例如，非晶硅或多晶硅。非晶硅可优选在多晶硅之上，因为非晶硅可用于以低热预算(即在低温下)沉积，并且例如与Ni反应形成硅化物。在源极182之上是电介质层186，其可为自对准的绝缘体，例如，SiN。在漏极184之上是电介质层188，其可为自对准的绝缘体，例如，SiN。电介质层186和188用于减小要形成的图43所示的栅极电极204与源极182和漏极184之间的电容。
[0065]图39示出了通过牺牲金属层118与源极182反应形成的反应区域190。反应区域192通过牺牲金属层118与漏极184反应而形成。所选择的材料可以是:用于图案化牺牲金属118的Ni或Pd、用于源极182和漏极184的非晶硅或多晶硅，以及用于反应区域190和192的NiSi。上面的材料的优点在于Ni+Si反应发生在300°C至400°C的范围内。在温度到600°C之上以前，Ni和C之间的反应预计不会发生。只要反应区域190和192分别对于与源极电极206和漏极电极208接触足够大，如图43所示，源极182和漏极184的导电性关系不大。
[0066]图40是在牺牲金属层118被蚀刻掉之后的结构194的截面图。图41示出了形成在图40的结构194之上的栅极电介质196。图42示出了在栅极电介质196以及电介质层186和188中的开口 197和198，以分别暴露源极182和漏极184、反应区域190和192的上表面。图43示出了场效晶体管202，具有形成在栅极电介质196之上的栅极电极204，形成在开口 197中的源极电极206，以及形成在开口 198中的漏极电极208。
[0067]在可替换的实施例中，图1-43中所示的绝缘基板16可包括通过本领域已知的方法制造的埋设的底栅极和底栅极电介质。图44和45示出了包含碳基纳米结构层116的各示范性底栅极场效晶体管214和215的截面图，而图46-47示出了包含碳基纳米结构层116的各示范性双栅极场效晶体管216和217的截面图。在图44-47中，埋设的底栅极240和底栅极电介质242和244可位于诸如石墨烯和/或碳纳米管的碳基纳米结构层116下方。底栅极电介质244可局部化或图案化为覆盖各底栅极240，如图45和47所示。底栅极电介质242可延伸超过各底栅极240，并且可延伸超过碳基纳米结构层116且在绝缘基板16的一部分之上，如图44和46所不。
[0068]图44-47的装置结构包括根据诸如图29和31的前面附图中描述的方法形成的沟道保护残留252和254，和源极248、漏极250。沟道保护残留252和254可以是沉积态的或未反应的或与如上所述的图26-28所示的牺牲金属层反应的。图44和45的装置结构示出了钝化/保护层258。图44和45示出包含碳基纳米结构层116上的绝缘钝化/保护层258的底栅极场效晶体管214和215。绝缘钝化/保护层258可相对于碳基纳米结构层116被局部化，或者在源极248和漏极250之上延伸超过碳基纳米结构层116，如图44和45所示。图46和47示出包含顶栅极电介质260和顶栅极262的双栅极场效晶体管216和217。图21-23所示的附加的电介质层可包含在图44-47所示的晶体管214-217中。
[0069]在图2-47中，相同的附图标记用于前面附图中说明或示出的功能和装置。
[0070]尽管已经描述且示出了用于形成包含碳基纳米结构层霍尔效应装置和场效晶体管以及利用碳基纳米结构层之上的牺牲金属层以在处理期间保护碳基纳米结构层的方法，但是本领域的技术人员应理解，在不脱离仅由所附权利要求的范围限制的本发明的广阔的范围的情况下，可进行修改和变化。
【权利要求】
1.一种装置结构的形成方法，包括: 选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板； 在所述碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层； 在所述第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层； 转移所述第一图案到所述第一金属的第一层和所述碳基纳米结构层以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层； 去除所述第一图案 化层； 在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的第二图案化层；所述第二金属的第二图案化层具有包括彼此分隔的多个接触的第二图案，其中各个接触具有在所述第一金属的第一图案化层上的部分和在所述绝缘基板上的部分；以及 去除没有被所述多个接触覆盖的所述第一金属的第一图案化层，由此所述第一图案化碳基纳米结构层具有未被所述第一金属的第一图案化层覆盖的区域。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述碳基纳米结构层选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。
3.如权利要求1所述的方法，其中形成所述第二金属的第二图案化层包括在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成图案化光致抗蚀剂剥离模板； 在所述光致抗蚀剂剥离模板之上、在所述绝缘基板之上以及在所述第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的层；以及 去除所述剥离模板和所述剥离模板上面的所述第二金属。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属包括选自由N1、Pd和Cu构成的组。
5.如权利要求1所述的方法，其中非晶硅和多晶硅之一形成为取代所述第一金属。
6.如权利要求1所述的方法，还包括: 在形成第一图案化层之前，在所述第一金属的第一层上形成具有第三图案的第三图案化层； 转移所述第三图案穿过所述第一金属的第一层、所述碳基纳米结构层且进入所述绝缘基板中；以及 去除所述第三图案化层。
7.如权利要求1所述的方法，还包括: 在图案化碳基纳米结构层的所述区域、所述绝缘基板和所述多个接触之上形成电介质层； 在所述电介质层上形成金属电极，其中所述金属电极在所述电介质层上延伸，与多个接触隔开并且在图案化碳基纳米结构层的位于接触之间的部分的所述区域之上延伸；以及去除所述多个接触的至少一些部分之上的所述电介质层。
8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述多个接触和所述多个接触的侧壁之上形成电介质层，所述电介质层对所述碳基纳米结构层有选择性。
9.如权利要求1所述的方法，还包括: 在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的层； 在所述第二金属的层之上形成第一电介质层； 在所述第一电介质层上形成第二图案化层取代在所述第二金属的层上形成所述第二图案化层；以及 将所述第二图案转移到所述第一电介质层和所述第二金属的层，其中所述多个接触具有在其上方的图案化电介质。
10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一电介质层和所述多个接触的侧壁之上形成第二电介质层，所述第二电介质层对所述碳基纳米结构层有选择性。
11.如权利要求9所述的方法，还包括: 在所述图案化电介质、所述图案化电介质的侧壁、所述至少两个接触的侧壁之上以及暴露的图案化碳基纳米结构层之上形成第二电介质层； 在所述第二电介质层之上形成第三金属层；以及 图案化所述第三金属层以在部分的所述至少两个接触之上以及位于所述至少两个接触之间的所述图案化碳基纳米结构层之上的所述第二电介质层上形成栅极电极。
12.如权利要求11所述的方法，还包括去除在部分的所述至少两个接触之上的所述第一电介质层和所述第二电介质层；并且 其中所述图案化还包括在所述至少两个接触之上形成源极电极和漏极电极。
13.如权利要求1所述的方法，还包括: 加热所述第二金属的第二图案化层和所述第一金属的第一图案化层，以导致形成化学化合物和合金之一的反应；以及 选择性去除没有反应的所述第一金属的第一图案化层，以暴露位于所述多个接触的至少两个接触之间的所述图案化碳基纳米结构层。
14.如权利要求13所述的方法，还包括: 在所述暴露的图案化碳基纳米结构层、所述多个接触和所述绝缘基板之上形成电介质层； 在所述电介质层之上形成第三金属层；以及 图案化所述第三金属层以在所述电介质层上形成电极，该电极与多个接触隔开并且在所述暴露的图案化碳基纳米结构层的位于所述多个接触之间的所述区域之上。
15.一种装置结构，包括: 绝缘基板； 在所述基板上的第一图案化碳基纳米结构层； 在所述第一图案化碳基纳米结构层上的第一金属的第一图案化层；以及 多个分隔开的接触，具有在所述图案化金属层上的部分和在所述绝缘基板上的部分，所述第一图案化碳基纳米结构层具有未被所述第一金属的第一图案化层覆盖的区域。
16.如权利要求15所述的装置结构，其中所述碳基纳米结构层选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。
17.如权利要求15所述的装置结构，还包括:栅极电介质，位于所述碳基纳米结构层之上，以及 栅极电极，位于所述栅极电介质之上。
18.如权利要求15所述的装置结构，还包括:栅极电介质，位于所述碳基纳米结构层之下，以及 栅极电极，位于所述栅极电介质之下。
19.一种装置结构的形成方法，包括: 选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板； 在所述碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层； 在所述第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层； 转移所述第一图案到所述第一金属的第一层和所述碳基纳米结构层，以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层； 去除所述第一图案化层； 在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成第一材料层，在升高到预定温度时，所述第一材料层与所述第一金属的第一图案化层反应； 在所述第一材料层之上形成第二材料层；所述第二材料层提供相对于所述第一材料层的导电扩散阻挡； 在所述第二材料层之上形成第二金属层； 图案化所述第一材料层、第二材料层和所述第二金属层以形成分隔开的源极和漏极区域，其中源极和漏极区域的各个区域具有在所述图案化金属上的部分和所述绝缘基板上的部分； 加热所述图案化金属上的所述第一材料层以导致所述图案化金属与所述第一材料层之间的反应，以形成化学化合物和合金之一的反应区域；以及 选择性去除没有反应的图案化金属，以在所述源极区域和所述漏极区域之间暴露所述图案化碳基纳米结构层。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述碳基纳米结构层选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。
21.如权利要求19所述的方法，其中所述第一金属包括选自由N1、Pd构成的组的金属、非晶娃和多晶娃。
22.如权利要求19所述的方法，其中省略形成所述第二材料层。
23.如权利要求19所述的方法，还包括: 在所述暴露的图案化碳基纳米结构层、所述反应区域的侧壁、所述第二材料层的侧壁、所述第二金属层的侧壁和所述第二金属层的上表面之上形成电介质层； 在所述电介质层之上形成第三金属层；以及 图案化所述第三金属层，以在图案化碳基纳米结构层的位于所述漏极和源极区域之间的所述区域之上的所述电介质层上形成电极。
24.如权利要求19所述的方法，其中 所述形成第二材料层提供绝缘体而取代提供导电扩散阻挡； 其中取消在所述第二材料层之上形成第二金属层，并且 其中不执行图案化所述第二金属层。
25.如权利要求24所述的方法，还包括: 在所述暴露的图案化碳基纳米结构层、所述反应区域的侧壁、所述第二材料层的侧壁和所述第二材料层的上表面之上形成电介质层； 图案化所述电介质层和所述第二材料层，以在所述电介质层和所述第二材料层中形成开口至形成各个源极区域和漏极区域的所述第一材料层和所述反应区域；在所述电介质层和所述开口之上形成第三金属层；以及图案化所述第三金属层以形成源极电极、漏极电极和栅极电极，所述栅极电极位于所述图案化碳基纳米结构层在所述漏极和源极区域之间的所述区域之上的所述电介质层上。
【文档编号】H01L29/772GK103972381SQ201310492199
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2013年10月18日 优先权日:2012年10月18日
【发明者】赵泽安, C.D.迪米特雷科普洛斯, A.格里尔, T.J.麦卡德尔, D.普费弗, K.L.萨恩格, R.L.威斯尼夫 申请人:国际商业机器公司