[发明专利]纳米管/纳米线FET的自对准方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构及其制造方法。具体而言，本发明涉及互补金属氧化物半导体(CMOS)器件，例如场效应晶体管(FET)，其包括作为器件沟道的典型地为碳基纳米材料的至少一个一维纳米结构，以及与器件的栅极区域自对准即对准栅极区域的边缘的金属碳化物接触。本发明还提供制造这样的CMOS器件的方法。

背景技术

在分子纳米电子学领域中，很少的材料显示出像一维纳米结构，尤其是包括具有几埃的直径的石墨的中空圆柱体的碳纳米管一样有希望。依据纳米颗粒电特性，可以在电子器件例如二极管和晶体管中实现纳米管和其它类似的一维纳米结构。由于其尺寸、形状以及物理特性，一维纳米结构是独特的。例如，碳基纳米管好似卷成圆柱体的碳的六方晶格。

除了即使在室温下也呈现出吸引人的量子特性外，碳基纳米管还呈现至少两个重要的特性，根据其手征性(chirality)即构像几何结构，纳米管可以为金属性的或半导电的。金属性的纳米管可以以恒定的电阻率承载极大的电流密度。半导电的纳米管可以像场效应晶体管(FET)一样被电切换“开”或“关”。可以共价地接合(分享电子)这两种类型。这些特性表明纳米管可以作为用于制造纳米尺寸的半导体电路的优良材料。对于其它一维纳米结构，存在相似的性质。

因此对于后Si FET按比例缩小(post-Si FET scaling)，碳基纳米管和其它类似的一维纳米结构日益变得具有战略性的重要性。然而，还没有为人所知的可比得上常规CMOS技术的自对准方法。与非自对准方法相比，用于包括一维纳米结构的CMOS器件的自对准方法可提供较简单序列的加工步骤，并且减小在使用非自对准方法时典型地发生的加工误差。此外，自对准方法提供具有与非自对准的结构相比减小的寄生的结构。

鉴于上述情况，需要提供一种用于制造包括一维纳米结构例如纳米管和纳米线的CMOS器件的自对准方法。

发明内容

本发明提供一种自对准的包含一维纳米结构的场效应晶体管(FET)及其制造方法。本发明的自对准的包含一维纳米结构的FET包括作为接触的金属碳化物，所述金属碳化物对准包括作为器件沟道的纳米结构的栅极区域的边缘。

在本发明中，术语“一维纳米结构”用于描述至少一个纳米管和/或至少一个纳米线。纳米管与纳米线不同，因为纳米管典型地具有中空的腔，而纳米线是完全填充的纳米材料。术语“纳米棒”有时用于描述纳米线。一维纳米结构为具有纳米尺寸的直径和长得多的长度的结构。换言之，该结构具有高的纵横比并且量子效应对于这些系统变得重要。

具体并宽泛地，本发明的包含一维纳米结构的FET包括：

衬底，包括位于其上的至少一个栅极区域，所述至少一个栅极区域包括至少一个一维纳米结构的层；以及

金属碳化物接触，位于所述衬底的表面上，对准所述至少一个一维纳米结构的层的边缘。

在本发明的一个实施例中，所述一维纳米结构为纳米管。在本发明的另一实施例中，所述一维纳米结构为纳米线。本发明中使用的所述至少一个一维纳米结构典型地为利用纳米技术领域的技术人员所公知的技术形成的碳基纳米材料。

除提供上述半导体结构外，本发明还提供制造所述半导体结构的方法。本发明的方法包括以下步骤：

提供在至少一个一维纳米结构的层的表面上包括至少一个栅极叠层的结构；

在至少包括所述至少一个一维纳米结构的层的所述结构上形成源极/漏极金属；以及

通过使所述源极/漏极金属与所述至少一个一维纳米结构的层反应，形成金属碳化物。

在本发明的一些实施例中，掺杂所述至少一个一维纳米结构的所述层的不受所述至少一个栅极叠层保护的部分。在这样的实施例中，在所述至少一个一维纳米结构的暴露和未掺杂的部分上形成所述金属碳化物。

在本发明的另一实施例中，在形成所述金属碳化物之前在所述至少一个栅极叠层的侧壁上形成隔离物。当使用自对准的硅化物退火工艺时，使用隔离物。如果使用非自对准的硅化物退火，可省略所述隔离物。

在本发明的另一实施例中，所述至少一个一维纳米结构被嵌入导电化合物内，所述导电化合物通过所述源极/漏极金属与包括C或氧化物的下面的衬底的反应生成。在上述碳化物退火步骤期间发生所述嵌入。

附图说明

现在将参考下列附图仅通过实例详细地描述本发明的优选实施例：

图1A和1B为(通过截面图)示例了本发明中可以采用的初始衬底的各种类型的图示；

图2为(通过截面图)示例了在其上形成至少一个一维纳米结构的层之后图1A的初始衬底的图示；