[發(fā)明專利]垂直真空密封碳納米管場效應晶體管及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510981315.3
• 申請日: 2015-12-23
• 公開（公告）號: CN106910687B
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 肖德元
• 申請（專利權）人: 上海新昇半導體科技有限公司
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;H01L29/41;H01L29/78
• 代理公司: 31237 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 金華<國際申請>=<國際公布>=<進入國

本發(fā)明提出了一種垂直真空密封碳納米管場效應晶體管及其制造方法，在導電層表面形成納米顆粒作為觸媒，接著形成碳納米管，柵介質層與源漏極接觸，將碳納米管密封在真空環(huán)境，從而在后續(xù)形成碳納米場效應晶體管之后能夠降低器件工作電壓，提高器件使用壽命及其它性能。

技術領域

本發(fā)明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種垂直真空密封碳納米管場效應晶體管及其制造方法。

背景技術

傳統(tǒng)晶體管MOSFET將器件制作在單晶硅襯底材料上。在不斷追逐摩爾定律(Moore’s Law)的推動作用下，傳統(tǒng)晶體管MOSFET的溝道長度不斷縮減，器件尺寸縮小。這種收縮增加了晶體管密度，提高了芯片的集成度，以及其他的固定因素和開關速度等，同時降低了功耗，使芯片性能不斷提升。在未來，隨著技術要求不斷提高，而硅芯片已經不能被制造得更小，于是必須尋找新的芯片制造材料，碳納米晶體管是很好的選擇。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結構的溝道材料，可以在一定程度上克服限制并且進一步縮小器件尺度。

在理想的全包圍柵極結構中，具有自對準柵極的碳納米管場效應晶體管(CarbonNano Tube Field Effect Transistor,CNTFET)尺寸已經降到了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。

碳納米管芯片可以大大提高高性能計算機的能力，使大數(shù)據分析速度更快，增加移動設備和物聯(lián)網的功率和電池壽命，并允許云數(shù)據中心提供更有效和更經濟的服務。

然而，隨著器件尺寸的持續(xù)變小，隨之增加的接觸電阻成為了碳納米管場效應晶體管提高性能的最大阻礙。對于任何先進的晶體管技術，由于晶體管的尺寸減小而增加的接觸電阻成為一個主要的性能瓶頸。到現(xiàn)在為止，器件尺寸的減少，導致接觸電阻不斷增大，從而導致器件性能存在與接觸電阻對應的下降，此點是基于硅和碳納米管晶體管技術所面臨的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種垂直真空密封碳納米管場效應晶體管及其制造方法，能夠克服上述問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種垂直真空密封碳納米管場效應晶體管的制造方法，包括步驟：

提供半導體襯底，在所述半導體襯底上形成有第一單大馬士革結構，所述第一單大馬士革結構包括介質層和導電層，所述導電層形成在所述介質層內，所述介質層暴露出所述導電層；

在所述導電層表面形成納米顆粒；

在所述導電層上形成多個間隔排列的碳納米管；

在所述介質層、導電層及碳納米管表面形成柵介質層；

在所述柵介質層表面形成金屬柵極，所述碳納米管的部分頂部伸出所述金屬柵極的表面；

在所述金屬柵極表面形成第二單大馬士革結構，所述碳納米管的頂部與所述第二單大馬士革結構內的導電層相連。

進一步的，在所述的垂直真空密封碳納米管場效應晶體管的制造方法中，所述第一單大馬士革結構的形成步驟包括：

在所述半導體襯底上依次形成氮化硅層和介質層；

刻蝕所述介質層，形成凹槽，刻蝕停止于所述氮化硅層；

在所述凹槽內填充所述導電層。

進一步的，在所述的垂直真空密封碳納米管場效應晶體管的制造方法中，在所述凹槽內形成所述導電層之前，在所述凹槽內先形成一層隔離層，所述導電層形成在所述隔離層表面。

進一步的，在所述的垂直真空密封碳納米管場效應晶體管的制造方法中，所述隔離層為TaN或Ta。

進一步的，在所述的垂直真空密封碳納米管場效應晶體管的制造方法中，所述第二單大馬士革結構的形成步驟包括：