垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管及其制造方法与流程

文档序号:12788051阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,包括步骤:

提供半导体衬底,在所述半导体衬底上形成有第一单大马士革结构,所述第一单大马士革结构包括介质层和导电层,所述导电层形成在所述介质层内,所述介质层暴露出所述导电层;

在所述导电层表面形成纳米颗粒;

在所述导电层上形成多个间隔排列的碳纳米管;

在所述介质层、导电层及碳纳米管表面形成栅介质层;

在所述栅介质层表面形成金属栅极,所述碳纳米管的部分顶部伸出所述金属栅极的表面;

在所述金属栅极表面形成第二单大马士革结构,所述碳纳米管的顶部与所述第二单大马士革结构内的导电层相连。

2.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述第一单大马士革结构的形成步骤包括:

在所述半导体衬底上依次形成氮化硅层和介质层;

刻蚀所述介质层,形成凹槽,刻蚀停止于所述氮化硅层;

在所述凹槽内填充所述导电层。

3.如权利要求2所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,在所述凹槽内形成所述导电层之前,在所述凹槽内先形成一层隔离层,所述导电层形成在所述隔离层表面。

4.如权利要求3所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述隔离层为TaN或Ta。

5.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述第二单大马士革结构的形成步骤包括:

在所述金属栅极表面依次形成氮化硅层和介质层,所述氮化硅层的表面与 伸出的碳纳米管的顶部齐平;

刻蚀所述介质层,形成凹槽,刻蚀停止于所述氮化硅层,所述凹槽暴露出所述碳纳米管的顶部;

在所述凹槽内填充导电层,所述导电层与所述碳纳米管的顶部相连。

6.如权利要求5所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,在所述凹槽内形成所述导电层之前,在所述凹槽内先形成一层隔离层,所述隔离层在真空条件下形成,所述导电层形成在所述隔离层表面。

7.如权利要求6所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述隔离层为TaN或Ta,掺杂有Co或Mo。

8.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述介质层为二氧化硅。

9.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,在所述导电层上形成纳米颗粒和碳纳米管的步骤包括:

在所述介质层表面形成掩模层,暴露出所述导电层;

以所述掩模层为掩膜,在所述导电层表面形成纳米颗粒;

在形成所述纳米颗粒之后,在所述导电层表面形成碳纳米管;

采用负胶技术,去除所述掩模层。

10.如权利要求9所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述掩模层的材质为BARC或不定形碳。

11.如权利要求9所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述纳米颗粒材质为Co或Mo。

12.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述栅介质层材质为HfO2或Al2O3

13.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述金属栅极的形成步骤包括:

在所述栅介质层表面形成金属栅极,所述金属栅极覆盖所述碳纳米管的顶 部;

采用化学机械研磨工艺对所述金属栅极进行研磨,暴露出所述碳纳米管的顶部;

采用回刻蚀工艺对所述金属栅极进行回刻蚀处理,使所述碳纳米管的部分顶部伸出所述金属栅极的表面。

14.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,在形成第二单大马士革结构之后,在H2或N2环境下进行高温退火处理,使所述碳纳米管两端的导电层具有弧形突出部。

15.如权利要求14所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述高温退火的温度范围是600摄氏度至1200摄氏度。

16.如权利要求14所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述高温退火的时间范围是10秒~120分钟。

17.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述碳纳米管内的真空度范围是0.01Torr~50Torr。

18.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述碳纳米管的长度范围是2nm~100nm,所述碳纳米管横截面的尺寸范围是1nm~5nm。

19.如权利要求1所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法,其特征在于,所述导电层的材质包括Zr,V,Nb,Ta,Cr,Mo,W,Fe,Co,Pd,Cu,Al,Ga,In,Ti,TiN,TaN,金刚石或以上材质的结合。

20.一种垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管,采用如权利要求1至19中任一种所述的垂直真空密封碳纳米管场效应晶体管的制造方法制备而成,其特征在于,包括:半导体衬底、第一单大马士革结构、碳纳米管、栅介质层、金属栅极及第二单大马士革结构,其中,所述第一单大马士革结构形成在所述半导体衬底上,所述第一单大马士革结构中的导电层表面形成有纳米颗粒,所述碳纳米管的两端分别连接所述第一单大马士革结构中的导电层和第二单大马士 革结构中的导电层,所述栅介质层形成在所述碳纳米管及介质层的表面,所述金属栅极形成在所述栅介质层的表面,并位于所述第一单大马士革结构和第二单大马士革结构之间。

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