[發(fā)明專利]隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410185138.3
• 申請日: 2014-05-05
• 公開（公告）號: CN105097904B
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 肖德元
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/739
• 分類號: H01L29/739;H01L29/08;H01L21/331;B82Y40/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所 11038
• 代理人: 金曉

本發(fā)明公開了一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管及其制造方法，包括：位于襯底上的絕緣層；位于絕緣層上的柵極；位于柵極兩側(cè)并且位于絕緣層上的源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸；碳納米管，被柵極包圍，所述碳納米管延伸穿過柵極并且由源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸支撐，所述碳納米管包括源區(qū)接觸側(cè)的具有第一導(dǎo)電類型的第一部分和漏區(qū)接觸側(cè)的具有第二導(dǎo)電類型的第二部分；源區(qū)接觸和柵極通過碳納米管的第一部分間隔開，漏區(qū)接觸和柵極通過碳納米管的第二部分間隔開。該隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管是一種新型器件，能夠降低工作電壓，使其適用于CMOS技術(shù)和超大規(guī)模集成電路。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

根據(jù)摩爾定律，集成電路上的器件尺寸每兩年減小將近一半。自20世紀后期以來，器件的尺寸減小已經(jīng)成為技術(shù)進步的驅(qū)動力。然而，正如ITRS(International TechnologyRoadmap for Semiconductors，國際半導(dǎo)體技術(shù)藍圖)2009年版中所指出的，當(dāng)臨界尺寸縮小到亞22nm范圍內(nèi)時，器件尺寸的進一步減小將面臨關(guān)于制造工藝和器件性能的限制。這些限制包括從短溝道和薄絕緣膜隧穿的電子、相關(guān)聯(lián)的泄漏電流、無源功率消耗、短溝道效應(yīng)、以及器件結(jié)構(gòu)和摻雜的變化等等。通過采用單個碳納米管或者碳納米管陣列代替?zhèn)鹘y(tǒng)體MOSFET結(jié)構(gòu)的溝道材料，可以在一定程度上克服上述限制并且進一步縮小器件尺度。

最近報道了在理想的全包圍柵極結(jié)構(gòu)中，具有自對準柵極的碳納米管場效應(yīng)晶體管(Carbon Nano Tube Field Effect Transistor,CNTFET)尺寸已經(jīng)降到了20nm。包圍碳納米管溝道的柵極的均勻性得到了鞏固，并且這樣的工藝也沒有造成對碳納米管的損害。

現(xiàn)有技術(shù)中公開了一種平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管，該平面型結(jié)構(gòu)的碳納米管場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成柵極，在柵極上方形成碳納米管，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。另外，現(xiàn)有技術(shù)中還公開了一種包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管，該包圍型結(jié)構(gòu)的碳納米場效應(yīng)晶體管可以在基底中形成溝槽，在溝槽上形成碳納米管，在溝槽中包圍碳納米管形成柵極，以及分別在碳納米管的兩端且在基底上形成源極和漏極。

然而現(xiàn)有技術(shù)中的碳納米管場效應(yīng)晶體管的工作電壓較高，耗能大，還不適用于CMOS技術(shù)和超大規(guī)模集成電路。而設(shè)計較好的隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管能夠使未來的超大規(guī)模集成電路工作在0.1V的電壓處并且具有亞60mV/decade的亞閾值振蕩特性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管，該隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管能夠降低工作電壓，使其適用于CMOS技術(shù)和超大規(guī)模集成電路。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種隧穿碳納米管場效應(yīng)晶體管，包括：

位于襯底上的絕緣層；

位于所述絕緣層上的柵極；

位于所述柵極兩側(cè)并且位于所述絕緣層上的源區(qū)接觸和漏區(qū)接觸；

碳納米管，被所述柵極包圍，所述碳納米管延伸穿過所述柵極并且由所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸支撐，所述碳納米管包括源區(qū)接觸側(cè)的第一部分和漏區(qū)接觸側(cè)的第二部分；

其中所述源區(qū)接觸和所述柵極通過所述碳納米管的第一部分間隔開，所述漏區(qū)接觸和所述柵極通過所述碳納米管的第二部分間隔開。

優(yōu)選地，其中所述碳納米管具有1-3納米的直徑。

優(yōu)選地，其中所述碳納米管由所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸支撐，并距離所述絕緣層1-7納米。

優(yōu)選地，其中所述源區(qū)接觸、柵極和漏區(qū)接觸各自具有包圍所述碳納米管的具有圓形橫截面的第一部分和位于所述絕緣層上的第二部分。