專利名稱：一種制造具有超短槽長的自動記錄的非光刻晶體管的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造具有超短槽長的晶體管的方法。
背景技術(shù)：
許多努力都致力于降低電路(在硅或其它基底上)的尺寸，同樣也試圖通過降低槽長提高整流速度，該整流速度比從設計規(guī)則和光刻所獲得的整流速度大。電路尺寸降低是硅領(lǐng)域大量成就的一部分，而這個極限不久就達到了，因為為了達到在2010年前獲得生產(chǎn)中大約0.04μm(40nm)的線寬和線長的目標，光刻X射線光刻和其它更多的外來方法正在激烈的進行著。但是，這仍然主要用所期望的方法測量，例如單分子整流子、納米整流子或者類似的整流子。
可替換的，非光刻構(gòu)圖技術(shù)可能更有希望，例如顯微技術(shù)或自裝配技術(shù)。但是，后者甚至比最先進的光刻試驗更加奇異，因為它們將全新的工藝和設備引入到了一個非常保守的行業(yè)中。目前這兩種技術(shù)種都沒有實際的潛力，也不可能被允許用來制造復雜電路，部分由于注冊的問題，部分由于涉及制造多層結(jié)構(gòu)的問題。其它技術(shù)(例如采用硬印制，ref.Obducat)正在面臨相同的問題。
不能用已知技術(shù)解決的問題是1)制造非常短(幾個原子長度)的槽長，即源極和漏極之間的距離，2)或者采用標準的硅生產(chǎn)過程、制造技術(shù)和設備或非標準的、非光刻技術(shù)獲得這個槽長，3)利用一給定的光刻構(gòu)圖工具采用這個槽長獲得較小的電路軌跡，即增密的電路，4)用自動記錄獲得上面的這些特征。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的一個目的是提供一種方法，該方法以一種有利的方式克服上面列出的現(xiàn)有技術(shù)固有的問題。
本發(fā)明的目的和許多進一步驟的特征和優(yōu)點通過根據(jù)本發(fā)明的方法獲得，該方法包括下面的步驟a)在半導體材料的基底上沉積一傳導材料；b)將傳導材料構(gòu)圖為平行的、帶狀的第一電極，第一電極具有由適當?shù)脑O計規(guī)則確定的間距，并且在第一電極之間留下基底的暴露的帶狀區(qū)域；c)沉積一阻擋層，該阻擋層覆蓋第一電極并向下直至基底；d)在基底的暴露的區(qū)域摻雜該基底；e)在基底的摻雜區(qū)域的上面沉積一傳導材料，因此在其上形成平行的、帶狀的第二電極；f)將覆蓋第一電極的阻擋層除去，在第一電極和第二電極之間留下向下延伸至基底的未摻雜區(qū)域的垂直槽；g)在槽的底部，在基底的暴露的區(qū)域中摻雜基底；h)用隔離材料充填槽；i)除去第一電極，在第二電極之間留下開口，并暴露它們之間的基底的區(qū)域；j)在已經(jīng)除去第一電極的開口中，摻雜基底的被暴露的區(qū)域；k)在開口中沉積一傳導材料以再生第一電極，由此獲得大約等寬的、平行的、帶狀的第一電極和第二電極的電極層，電極層將摻雜的基底接合，并僅僅由一任意薄的阻擋材料層隔開，因此第一電極此時構(gòu)成源極或者漏極，相應地第二電極構(gòu)成晶體管結(jié)構(gòu)的漏極或源極，這取決于在摻雜步驟中所用的摻雜物；l)在電極和隔離阻擋層上面沉積一絕緣的阻擋層；m)在阻擋層上面沉積傳導材料；n)將傳導材料構(gòu)圖，以形成平行的、帶狀的柵極，柵極取向為與源極和漏極交叉，由此獲得場效應晶體管結(jié)構(gòu)的基體，基體具有非常短的槽長和任意大的槽寬，槽寬是由構(gòu)圖的柵極給定的。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，認為這樣是有利的，即傳導材料是一種金屬，或傳導材料是從有機材料中選擇的，優(yōu)選的是聚合物或共聚物材料。
一般認為優(yōu)選的是，在構(gòu)圖步驟中采用顯微光刻技術(shù)，但同樣優(yōu)選的是，在構(gòu)圖步驟中可以采用非光刻工具。
在根據(jù)本發(fā)明的方法中，優(yōu)選為利用蝕刻技術(shù)除去阻擋層和/或電極。
優(yōu)選的是，利用選擇性沉積工藝形成薄膜/薄的阻擋層，或者替換為利用噴射形成薄膜/薄的阻擋層。
在根據(jù)本發(fā)明的一種方法中，優(yōu)選為利用蝕刻技術(shù)執(zhí)行構(gòu)圖。
在根據(jù)本發(fā)明的一種方法中，認為選硅作半導體基底材料是有利的。
最后，在根據(jù)本發(fā)明的一種方法中，可以方便的合適地分隔基體或晶體管結(jié)構(gòu)，以形成多個獨立的這種場效應晶體管。


當結(jié)合各步驟的示例性實施例以及附圖閱讀下面對制造晶體管的方法的逐步說明后，應該更好的理解本發(fā)明，其中圖1、圖2a、圖3-11a、圖12和圖13示出了根據(jù)本發(fā)明制造晶體管結(jié)構(gòu)的方法的連續(xù)的工藝步驟，這些步驟由每一步驟中獲得的結(jié)構(gòu)的橫截面表示；圖2b是在圖2a中的橫截面表示的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖11b是在圖11a中的橫截面表示的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖14a是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的一種場效應晶體管基體的平面圖，其中用網(wǎng)格線表示槽、源極和漏極的輪廓；以及圖14b是在圖14a中的基體沿著A-A線截取的橫截面。
具體實施例方式
現(xiàn)在將逐步驟討論根據(jù)本發(fā)明的方法。
在圖1中示出了具有適當阻擋層的半導體材料基底1，在基底1的上面沉積了一傳導材料層2，該層2可以是無機的或有機的任何傳導材料，該傳導材料對于適合的沉積方法是可修正的?；妆旧砜梢允莿傂缘幕蛉嵝缘?，這取決于所選擇的材料。優(yōu)選基底是硅。此時以適當?shù)臉?gòu)圖方法，例如以顯微光刻技術(shù)和后續(xù)的蝕刻技術(shù)為基礎(chǔ)的方法，將傳導層2構(gòu)圖為平行的、帶狀的第一電極，如圖2a和圖2b中的平面圖所示。間距，即一個電極的寬度w加上到下一個電極的距離d，當然應該取決于適用的設計規(guī)則，并可以與最小的工藝限制結(jié)構(gòu)尺寸f一致，如果是那樣的話，w和d應該大約相等，但當然沒有任何條件可以阻止d值比w值大的多。該構(gòu)圖在第一電極2之間留下了凹口3，如圖2a所示，此時這些平行的、帶狀的電極2被一層薄膜阻擋層4覆蓋，如圖3所示，其中電極2實際上可以制成非常薄，也就是它們的厚度h比它們的寬度w小得多，阻擋層4在第一電極2的上面延伸，并向下延伸直至凹口3中的基底1上。阻擋層厚度不受任何設計規(guī)則限制，因此可以非常小，實際上可以小到單原子尺寸。
如圖3所示，凹口3的底部就是基底1的暴露的面積。如圖4所示，此時基底1在這些暴露的區(qū)域被摻雜，從而在基底1中以所期望的傳導模式，例如電子的或n型傳導，或者空穴或p型傳導，形成摻雜區(qū)域5。如圖5所示，在接下來的工藝步驟中，凹口3此時充填一種傳導材料6，從而在基底1中的摻雜區(qū)域5的上面形成第二平行的、帶狀的第二電極6。接著，如圖6所示，通過任何適當?shù)倪^程，例如蝕刻，將阻擋層4從第一電極2上除去，并在第一電極2和第二電極6之間留下垂直的槽7。那么此時在垂直的槽7的底部處，基底1的非摻雜區(qū)域是暴露的，在如圖7所示的第二次摻雜步驟中，在這些區(qū)域中的基底被摻雜，從而在其中形成摻雜區(qū)域8。很顯然，此時要選擇摻雜物，以使得例如如果區(qū)域5被摻雜成n型傳導模式的話，那么在區(qū)域8中的基底被摻雜成p型傳導模式，或者相反。
然后垂直的槽7用絕緣隔離材料4充填，絕緣阻擋材料4例如可以用一種控制噴射工藝沉積，或沉積成整體阻擋層然后將多余材料除去，當然此時該阻擋材料4覆蓋了基底1在摻雜區(qū)域8上面的區(qū)域，如圖8所示。在接下來的工藝步驟中，將第一電極2除去，在具有阻擋層4的第二電極6之間留下凹口或開口3’，如圖9所示。第二電極2的移除可以通過例如顯微光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)進行，然后進行第三次摻雜步驟，其中基底1在開口3’處此時暴露的、非摻雜區(qū)域?qū)⒈粨诫s，以形成在基底中的摻雜區(qū)域9，如圖10所示。區(qū)域9將被摻雜成合適的傳導模式，即如果區(qū)域5被摻雜成n型并且區(qū)域8被摻雜成p型的話，那么區(qū)域9被摻雜成n型。當然這可以用相反的方式摻雜。在隨后的工藝步驟中，如圖11a所示，此時通過簡單地將一薄層合適的傳導材料薄膜填充在基底1中摻雜區(qū)域9上面的開口3’中而再生第一電極，其中傳導材料又可以是無機的或有機的。在任何情況下應該理解，優(yōu)選的是相同的傳導材料可用于第一電極2和第二電極6。所獲得的結(jié)構(gòu)在圖11b的平面圖中示出。
此時可以看到，合適地接觸基底1中的摻雜區(qū)域5、8和9的第一電極2和第二電極6可以在晶體管結(jié)構(gòu)中分別形成平行的、帶狀的并非常接近地間隔的源極和漏極。槽長L，即源極2和漏極6之間的距離(圖11a)，當然是在阻擋層4的下面橫跨在基底中的摻雜區(qū)域8，并且可以制備的非常短，如果需要的話甚至低于1nm，因為阻擋層4的厚度δ從沉積一層極薄的隔離材料薄膜的一個工序中得來，而這個過程不需要受任何設計規(guī)則的限制。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已熟知的，可以將這些阻擋層沉積成如上面所提及的單原子層。因此根據(jù)本發(fā)明的方法制備的晶體管結(jié)構(gòu)中的槽長L可以是幾乎任意小，應該理解這是例如在場效應晶體管中非常理想的性能。
在源極2和漏極6的上表面也設置阻擋層4，這樣在任何情況下電極2和6都相互隔離，它們的上表面同樣也被隔離，如圖12所示。此時在整體應用的阻擋層4的上面沉積另一整體傳導材料薄膜層10，并且該層10接著可以構(gòu)圖形成根據(jù)本發(fā)明的方法制成的晶體管結(jié)構(gòu)的柵極。應該理解，柵極的實際構(gòu)圖可以通過類似于形成第一電極2和第二電極6的那些工藝步驟形成，并且各步驟可以模仿圖1、圖2a、圖3和圖5所描述的那些步驟。因此可以獲得柵極10的一種非常密集的圖形，并且由于每兩個柵極是在沉積一合適的阻擋層之前的構(gòu)圖步驟中制造，構(gòu)圖步驟例如可以是以顯微光刻技術(shù)和隨后的蝕刻技術(shù)為基礎(chǔ)，所以當然這表示柵極的可獲得的尺寸受在涉及第一電極2和第二電極6的尺寸時所作的相同的考慮事項的影響。因此完全可以制造具有不同寬度W的獨立的柵極10，并且這依次表明根據(jù)本發(fā)明的方法制造的獨立的晶體管結(jié)構(gòu)可以制備成具有不同的槽寬槽長比W/L。本領(lǐng)域的技術(shù)人員已熟知的是，獲得大的W/L是非常令人滿意的，因為漏極電流ID的數(shù)值取決于該比率倍數(shù)、有效控制電壓和操作參數(shù)。
因此，利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的晶體管可以獲得許多優(yōu)點。例如，晶體管的整流速度取決于多種因素，但是影響整流速度的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是介于源極和漏極之間的距離L，因為電荷載體需要一定的時間以通過該距離L。換句話說，距離L越短，那么在其他條件相同的情況下，整流速度越快。現(xiàn)有技術(shù)解決方案和如今的技術(shù)受到現(xiàn)在工藝所限制的最小特征尺寸的限制，假設例如0.18μm的光刻技術(shù)則意味著最小為180nm的槽長。當符合如今標準的光刻技術(shù)仍然用于電極構(gòu)圖的步驟時，應該理解，根據(jù)本發(fā)明的方法實際上允許槽長度L減小，例如遠小于10nm，當然這是因為阻擋層的厚度不受任何設計規(guī)則的限制。
從圖14b應該看到，如果與槽寬一致的柵極的寬度W受到用于形成該特殊電極的構(gòu)圖工藝的設計規(guī)則的限制而降低，在和圖5中所示的用于形成電極6相似的成形步驟中形成的柵極則可以具有它們實際的寬度W，在已經(jīng)構(gòu)圖的、帶狀的柵極之間填入另外的電極材料之前，通過簡單地增加柵極10之間阻擋層4的厚度來調(diào)整該寬度W。因此，對于在晶體管結(jié)構(gòu)的基體中的各第二柵極來說，此時可以形成柵極，這樣可以獲得具有變動寬度W的晶體管。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法中，最重要的方面中的一個可能控制槽寬W和槽長L之間的關(guān)系，即縱橫比W/L，它是一個非常重要的設計參數(shù)，因為如所規(guī)定的，它作為影響漏極電流ID的一個比例因素。而且，本發(fā)明將考慮各種類型的場效應晶體管的制造。另外將可能在相同的基底上制造結(jié)構(gòu)上相同的場效應晶體管，但晶體管由于所選擇的設計參數(shù)具有調(diào)整的值。例如兩種或更多種具有恰好相同的閾電壓VT而不同的電流量的金屬氧化物半導體場效應晶體管可以在相同的基底上制造，因為可以采用不同的W/L值。高的漏極電流值ID，例如在數(shù)毫安培的范圍內(nèi)，當然只能在具有高的縱橫比W/L的晶體管獲得，并且利用現(xiàn)有技術(shù)這意味著非常大面積的裝置。對于本發(fā)明，縱橫比W/L可以選擇的幾乎無限大而不會占用不允許的面積值。經(jīng)觀察發(fā)現(xiàn)，縱橫比W/L可以增加以提供任何所期望的電流水平，但是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)這便意味著增加的柵極面積和在裝置容量上相應的增加，這會對晶體管的整流速度產(chǎn)生不利影響，將例如現(xiàn)有技術(shù)的金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)的縱橫比W/L限制為不能遠高于10。利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造晶體管則消除了所有這種不利的情況。
盡管在前面的敘述中所討論的優(yōu)選實施方式是利用電極結(jié)構(gòu)的構(gòu)圖中傳統(tǒng)的顯微光刻技術(shù)和蝕刻技術(shù)來描述的，但是應該理解，本發(fā)明的方法同樣可以很好的應用更多的改進的構(gòu)圖工藝來實現(xiàn)，包括軟光刻技術(shù)和使用非光刻工具，例如用于制造所期望圖案的軟的或硬的圖章。為了在特征尺寸上獲得進一步驟降低，也可以例如利用印刷術(shù)沉積電極構(gòu)圖。這種印刷技術(shù)可以依賴稱為納米印刷術(shù)完成，所述納米印刷術(shù)現(xiàn)在正在發(fā)展并且意味著可以獲得具有小到10nm或者甚至更小的特征尺寸以及類似薄膜厚度的電極圖案，因此可以將電極圖案沉積成與根據(jù)本發(fā)明的方法可獲得的槽寬可比的數(shù)值范圍。
而且，通過選擇其它的后加工或中間步驟，根據(jù)本發(fā)明的方法將允許在相同的基底上制造更加復雜的電路結(jié)構(gòu)，因為傳導模式和設計尺寸可以進行合適的選擇并用于制作具體類型的場效應晶體管。當可以沉積其它的中間層時，例如制造以晶體管為基礎(chǔ)的、可尋址的矩陣列式存儲器或形成輔助的晶體管電路。很顯然，例如部分晶體管結(jié)構(gòu)或整個晶體管結(jié)構(gòu)可以在例如蝕刻步驟中除去以及利用由例如薄膜技術(shù)形成的無源元件(例如電阻或者中間連線)所替代，因此在完全集成化中，為具有原始晶體管結(jié)構(gòu)的、更加復雜的電路作準備，所述原始晶體管結(jié)構(gòu)利用本發(fā)明的方法制造。
權(quán)利要求
1.一種用于制造具有超短槽長的晶體管的方法，該方法包括下面的步驟a)在半導體材料的基底上沉積傳導材料；b)將傳導材料構(gòu)圖成平行的、帶狀的第一電極，所述第一電極具有由適當?shù)脑O計規(guī)則確定的間距，并且在第一電極之間留下基底的暴露的帶狀區(qū)域；c)沉積阻擋層，該阻擋層覆蓋第一電極并向下直至基底；d)在基底的暴露的區(qū)域摻雜所述基底；e)在基底的摻雜區(qū)域的上面沉積傳導材料，因此在其上形成平行的、帶狀的第二電極；f)將覆蓋第一電極的阻擋層除去，在第一電極和第二電極之間留下向下延伸至基底的未摻雜區(qū)域的垂直槽；g)在槽的底部，在基底的暴露的區(qū)域中摻雜基底；h)用隔離材料充填所述槽；i)除去第一電極，在第二電極之間留下開口，并暴露它們之間的基底的區(qū)域；j)在已經(jīng)除去第一電極的開口中，摻雜基底的被暴露的區(qū)域；k)在開口中沉積一傳導材料以再生所述第一電極，由此獲得大約等寬的、平行的、帶狀的第一電極和第二電極的電極層，所述電極層將摻雜的基底接合，并僅僅被一任意薄的阻擋材料層隔開，因此第一電極此時構(gòu)成源極或者漏極，且相應地第二電極構(gòu)成晶體管結(jié)構(gòu)的漏極或源極，這取決于在摻雜步驟中所用的摻雜物；l)在電極和隔離阻擋層上面沉積絕緣的阻擋層；m)在阻擋層的上面沉積傳導材料；n)將所述傳導材料構(gòu)圖，以形成平行的、帶狀的柵極，所述柵極方向與源極和漏極交叉，由此獲得場效應晶體管結(jié)構(gòu)的基體，所述基體具有非常短的槽長和任意大的槽寬，槽寬是由構(gòu)圖的柵極給定的。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，傳導材料是金屬。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，傳導材料從有機材料中選擇，優(yōu)選為聚合物或共聚物材料。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在構(gòu)圖步驟中，采用顯微光刻技術(shù)。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在構(gòu)圖步驟中，采用非光刻工具。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用蝕刻技術(shù)除去阻擋層和/或電極。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用選擇性的沉積工藝形成薄膜/薄的阻擋層。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用噴射形成薄膜/薄的阻擋層。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，利用蝕刻執(zhí)行構(gòu)圖。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，選擇硅作為半導體基底材料。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，合適地分隔晶體管結(jié)構(gòu)的基體，以形成一個以上這種晶體管的場效應晶體管或電路。
全文摘要
一種制造具有超短槽長的晶體管的方法，其可以由依照合適的設計規(guī)則限制電極尺寸的現(xiàn)有技術(shù)分別完成源極、漏極和柵極的沉積，但是可以在下面的工序中按期望調(diào)整這些電極的各第二電極的尺寸。在源極和漏極之間形成槽的區(qū)域，而不受任何設計規(guī)則的限制，這就允許形成具有極短槽長L的晶體管槽，例如遠小于10nm。相應地，也可以將柵極的寬度調(diào)整成獲得大的槽寬W，因此可獲得具有幾乎任意大的縱橫比W/L的晶體管，以及所期望地整流和電流特性。這種方法可以適用于任何類型的場效應晶體管，甚至在相同的基底上也可以，并且該方法也可能被調(diào)整為制造其它類型的晶體管結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L29/66GK1599936SQ02823960
公開日2005年3月23日 申請日期2002年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月29日
發(fā)明者H·G·古德森 申請人:薄膜電子有限公司