[发明专利]装置结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含碳基纳米结构层的霍尔效应装置和场效晶体管（FET），更具体涉及包含通过利用无机牺牲沟道保护层的方法图案化的高载流子迁移率碳基纳米结构层的霍尔效应装置和FET装置。

背景技术

在下一代的电子装置中包含碳基纳米结构作为沟道材料对于硅（Si）的持续尺寸变化（scaling）提供优点。碳纳米管（CNT’s）和石墨烯是碳的两种纳米级形式，显示出超过硅的理论极限几个量级的极高的电流运载能力和迁移率。另外，CNTs（1维）和石墨烯（2维）是低维（超薄体）材料，允许它们在场效晶体管中积极的缩小，而不招致困扰现代缩小的装置的短沟道效应的缺陷。

发明内容

这里描述的是CNT和石墨烯装置结构及其制造方法，该方法在抗蚀剂处理步骤期间利用牺牲沟道保护层保持CNT或石墨烯不暴露于存在的不希望的有机湿气（organic moisties）。该方法可用于制造各种CNT或石墨烯装置，包括霍尔棒，选通霍尔棒（gated Hall bar）和场效晶体管（FETs）。

根据本发明，提供用于形成装置结构的方法，该方法包括：选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移第一图案到第一金属的第一层和碳基纳米结构层，以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层；去除第一图案化层；在绝缘基板和第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的第二图案化层，第二金属的第二图案化层具有包括彼此分隔开的多个接触的第二图案，其中各个接触具有在第一金属的第一图案化层上的部分和在绝缘基板上的部分；以及去除没有被多个接触覆盖的第一金属的第一图案化层，由此第一图案化碳基纳米结构层具有没有被第一金属的第一图案化层覆盖的区域。

本发明还提供装置结构，其包括：绝缘基板；在基板上的第一图案化碳基纳米结构层；在第一图案化碳基纳米结构层上的第一金属的第一图案化层；以及多个分隔开的接触，具有图案化金属层上的部分和绝缘基板上的部分；第一图案化碳基纳米结构层具有没有被第一金属的第一图案化层覆盖的区域。

本发明还提供用于形成装置结构的方法，其包括：选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移第一图案到第一金属的第一层和碳基纳米结构层，以形成第一金属的第一图案化层和在其下方的第一图案化碳基纳米结构层；去除第一图案化层；在绝缘基板和第一金属的第一图案化层之上形成第一材料层，在升高到预定温度时，第一材料层与第一金属的第一图案化层反应；在第一材料层之上可选择地形成第二材料层；第二材料层相提供对于第一材料层的导电扩散阻挡；在第二材料层之上形成第二金属层；图案化第二金属层、第二材料层和第一材料层以形成分隔开的源极和漏极区域，其中各个区域具有在图案化金属上的部分和在绝缘基板上的部分；加热在图案化第一金属上的第一材料层，以导致图案化第一金属与第一材料层之间反应，用于形成化学化合物和合金之一的反应区域；以及选择性去除没有反应的图案化第一金属，以暴露在源极区域和漏极区域之间的图案化碳基纳米结构层。

本发明还包括与栅极电介质和栅极形成的附加步骤结合的前述方法，例如，用于制造包含高载流子迁移率的碳基纳米结构层的选通霍尔结构和FET装置。本发明还包括在绝缘基板上实施前述方法，该绝缘基板包括至少一个埋设的栅极，栅极上具有栅极电介质层，例如，以制造包含高载流子迁移率的碳基纳米结构层的底栅极或双栅极FET装置。

附图说明

本发明的这些和其它的特征、目标和优点在结合附图阅读时考虑本发明下面的详细描述将变得明显易懂，附图中：

图1是包括绝缘基板、在基板上的碳基纳米结构层和在碳基纳米结构层上的金属层的结构的俯视图。

图2是沿着图1的线2-2的截面图。

图3是在图案化金属层和碳基纳米结构层之后图1的基板的俯视图。

图4是沿着图3的线4-4的截面图。

图5是中间结构的俯视图。

图6是沿着图5的线6-6的截面图。

图7是霍尔效应装置的俯视图。

图8是沿着图7的线8-8的截面图。

图9是图案化掩模的俯视图。

图10是沿着图9的线10-10的截面图。

图11是在蚀刻之后图案化掩模的俯视图。

图12是沿着图11的线12-12的截面图。