具自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構FET制造技術

一種形成場效晶體管(FET)的方法，所述方法包括：在襯底上沉積溝道材料，所述溝道材料包括石墨烯或納米結構中的一種；在所述溝道材料的第一部分之上形成柵極；形成鄰近所述柵極的間隔物；在所述溝道材料、柵極和間隔物之上沉積接觸材料；在所述接觸材料之上沉積介電材料；去除所述介電材料的一部分和所述接觸材料的一部分以暴露所述柵極的所述頂部；使所述接觸材料凹陷；去除所述介電材料；以及構圖所述接觸材料，以形成用于所述FET的自對準接觸，所述自對準接觸位于所述FET的源極區域和漏極區域之上，所述源極區域和所述漏極區域包括所述溝道材料的第二部分。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術一般涉及場效晶體管(FET)制造領域，以及特別地涉及基于石墨烯的FET制造領域。
技術介紹
石墨烯就是碳原子排列在六角苯環結構下的二維平面薄片。理論上，自支撐石墨烯結構只有在二維空間內才會穩定，這意味著三維空間內不存在真平面石墨烯結構，所形成的彎曲結構并不穩定，例如煤灰、富勒烯(fullerenes)、納米管或扣環(buckled) 二維結構。然而，二維石墨烯結構支撐在襯底上時，例如在碳化硅(SiC)晶體表面上，會變得穩定。目前已經生產出自支撐石墨烯薄膜，但是可能不具備理想的平坦幾何形狀。結構上，石墨烯具有由Sp2雜化所形成的雜化軌道。在Sp2雜化當中，2s軌道以 及三個2p軌道當中的兩個混合形成三個Sp2軌道。一個剩余P-軌道形成碳原子的間的Pi ( η )-鍵。類似于苯的結構，石墨烯的結構具有P軌道的共軛環，即，石墨烯結構為芳香性。與諸如金剛石、非晶碳、碳納米泡沫或富勒烯的碳的其它同素異形體不同，石墨烯只是單一原子薄層。石墨烯具有不尋常的帶結構，其中只有在動量空間內布里淵區的K點處才滿足錐形電子與空穴袋。電荷載流子，即是電子或空穴的能量對于載流子的動量具有線性相依性。因此，載流子表現成具有零有效質量的相對迪拉克-費米子(Dirac-Fermions),并且由迪拉克方程式所支配。石墨烯片可具有較大載流子遷移率，在4K時大于200，000cm2/V-sec。即使在300K處，該載流子遷移率還是高達15，000cm2/V-sec。石墨烯層可利用固態石墨化生長，即是利用從碳化硅晶體的表面，例如(0001)表面，升華硅原子。在大約1，150°C處，復雜的表面重建模式開始出現在石墨化初始階段。通常，形成石墨烯層需要較高溫度。本領域內也知道其它材料上的石墨烯層。例如，利用化學沉積來自富碳前驅物的碳原子，可在例如銅與鎳的金屬表面上形成單或多個墨烯層。石墨烯顯示許多其它優勢電氣特性，例如接近室溫處的電子相干性以及量子干涉效應。另外在石墨烯層內預期小尺度結構的彈道輸運特性。雖然單層石墨烯片具有零帶隙，含載流子的線性能量-動量關系，而例如雙層石墨烯這類兩層石墨烯展現出絕然不同的電子特性，其中可在特殊條件下建立帶隙。在雙層石墨烯內，兩個石墨稀片以約3. 35埃的正常層疊距離彼此層疊，并且第二層繞著第一層旋轉60度。此層疊結構就是所謂的A-B Bernel層疊，也是天然石墨內發現的石墨烯結構。類似于單層石墨烯，雙層石墨烯在天然狀態下具有零帶隙。不過通過在雙層石墨烯上施加電場，誘使兩層的間電荷不均衡，造成不同的能帶結構，其中帶隙與電荷不均衡成比例。場效晶體管(FET)可使用石墨稀、石墨(包括石墨稀置層片或由石墨稀形成諸如碳納米管的納米結構)用于場效晶體管溝道和源極/漏極區來制造。另外，可使用用于場效晶體管溝道和源極/漏極區的半導電材料制成的納米線，形成場效晶體管。場效晶體管的源極/漏極區需要電接觸，這可使用接觸材料形成。連至石墨烯/納米結構FET內的源極/漏極區的接觸需要使用具有相對低接觸電阻的接觸材料形成，以便獲得優良的FET操作特性。
技術實現思路
在一個方面中，一種形成場效晶體管(FET)的方法，所述方法包括在襯底上沉積溝道材料，所述溝道材料包括石墨烯或納米結構中的一種；在所述溝道材料的第一部分之上形成柵極；形成鄰近所述柵極的間隔物；在所述溝道材料、柵極和間隔物之上沉積接觸材料；在所述接觸材料之上沉積介電材料；去除所述介電材料的一部分和所述接觸材料的一部分以暴露所述柵極的所述頂部；使所述接觸材料凹陷；去除所述介電材料；以及構圖所述接觸材料，以形成所述FET的自對準接觸，所述自對準接觸位于所述FET的源極區域和漏極區域之上，所述源極區域和所述漏極區域包括所述溝道材料的第二部分。在一個方面中，一種場效晶體管(FET),包括襯底；溝道材料,其位于所述襯底上，所述溝道材料包括石墨烯或納米結構中的一種；柵極，其位于所述溝道材料的第一部分 上；以及接觸，其對準所述柵極，所述接觸包括金屬硅化物、金屬碳化物以及金屬中的一種，所述接觸位于所述FET的源極區域和漏極區域之上，所述源極區域和所述漏極區域包括所述溝道材料的第二部分。通過本示范實施例的技術可實現其它特征。在本文中詳細描述了其它實施例，并列為所要求保護的范圍一部分。為了更好了解示范實施例的特征，請參閱說明書與附圖。附圖說明現在請參考附圖，其中多個附圖中用相同編號表示相同組件圖I示例具有自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構場效晶體管的制造方法的實施例。圖2A示例襯底上的沉積的溝道材料的實施例。圖2B示例在襯底上的沉積的包括納米結構的溝道材料的實施例的頂視圖。圖3示例在柵極和間隔物形成之后圖2A中器件的實施例。圖4示例接觸材料沉積之后圖3中器件的實施例。圖5示例介電材料沉積之后圖4中器件的實施例。圖6不例化學機械拋光之后圖5中器件的實施例。圖7示例使接觸材料凹陷之后圖6中器件的實施例。圖8示例去除介電材料之后圖7中器件的實施例。圖9A示例構圖該接觸材料之后，具有自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構FET的實施例。圖9B示例具有自對準接觸和柵極的包括納米結構溝道材料的石墨烯/納米結構FET的實施例的頂視圖。具體實施例方式使用底下詳細討論的示范實施例，提供具有自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構FET以及形成具有自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構FET的方法的實施例。石墨烯/納米結構FET的溝道和源極/漏極區域在某些實施例內包括一個或多個石墨烯片，或在其它實施例內包括納米結構，例如碳納米管或半導體納米線。在石墨烯/納米結構FET的源極/漏極區域之上形成自對準到FET柵極的相對低電阻接觸。該接觸可由具有相對低電阻的材料形成，例如金屬、硅化物或碳化物。圖I示例具有自對準接觸和柵極的石墨烯/納米結構場效晶體管的制造方法100的實施例。請參考圖2至圖9來討論圖I。在區塊101內，溝道材料203沉積在襯底上。該襯底包含位于硅襯底201上的絕緣層202，如圖2A內所示。絕緣層202可包括氧化物材料，例如在某些實施例內的氧化硅(SiO2)。在某些實施例內，溝道材料203可為一個或多個石墨烯片，或在其它實施例內可包括納米結構，例如碳納米管或半導體納米線。圖2B示例包括襯底上納米結構，例如碳納米管或半導體納米線的溝道材料203的實施例。如圖2B內所示，在絕緣層202上形成納米結構溝道材料203。然后在溝道材料203上形成柵極301，并且鄰近溝道材料203之上的柵極301形 成側壁間隔物302，如圖3內所示。在某些實施例內，柵極301可從材料疊層構圖，該材料疊層包含柵極電介質的薄層，例如氧化鉿(HfO2)以及在該柵極電介質的薄層頂上的柵極金屬，例如氮化鈦(TIN)或鎢(W)以及可選的在該柵極金屬頂端上的柵極硬掩模，例如氮化硅(SiN)。在某些實施例內，側壁間隔物302可包括氮化物或氧化物，并且可利用沉積間隔物材料并蝕刻，以形成側壁間隔物302。在區塊102內，在圖3的器件300之上沉積接觸材料401，導致圖4內顯示的器件400。接觸材料401可包含具有相對低電阻的金屬，或在某些實施例內為碳或硅。在區塊103內，介電材料501沉積在接觸材料401之上，如圖5內所示。在某些實施例內，介電材料501本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】...

【專利技術屬性】
技術研發人員：J·斯萊特，J·常，I·勞爾，
申請(專利權)人：國際商業機器公司，
類型：
國別省市：