專利名稱：碳器件中的自對(duì)準(zhǔn)接觸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體石墨和碳納米管場(chǎng)效應(yīng)晶體管器件以及允許在石墨和碳納米管器件中制造接觸的方法。
背景技術(shù)：
由硅形成的半導(dǎo)體器件通常包括離子摻雜源極和漏極區(qū)域。希望鄰近器件的柵極形成源極和漏極區(qū)域以避免會(huì)導(dǎo)致器件中不希望的高寄生電阻的非導(dǎo)電區(qū)域。也同樣希望避免在柵極的下方形成源極和漏極區(qū)域，因?yàn)樵跂艠O的下方形成源極和漏極區(qū)域會(huì)導(dǎo)致器件中不希望的高寄生電容。碳器件可以包括碳材料層，如石墨或者碳納米管。盡管碳材料并不經(jīng)常摻雜離子， 但是在碳器件中源極和漏極的位置會(huì)影響這樣的器件的寄生電阻和寄生電容。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明在第一方面中提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成碳材料；在所述碳材料上形成柵極疊層；在所述柵極疊層和部分所述碳材料之上形成間隔物；去除所述碳材料的暴露部分；去除所述襯底的暴露部分以形成通過(guò)所述碳材料和所述襯底限定的腔；以及在所述腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。優(yōu)選地，這樣形成所述柵極疊層在所述碳材料上形成介電層；在所述介電層上形成金屬層；以及去除部分所述介電層和部分所述金屬層。優(yōu)選地，去除所述襯底的暴露部分以形成所述腔包括各向同性蝕刻方法。優(yōu)選地，去除所述襯底的暴露部分以形成所述腔包括濕蝕刻方法。優(yōu)選地，去除所述碳材料的暴露部分包括氧等離子體蝕刻工藝。優(yōu)選地，所述碳材料包括石墨層。優(yōu)選地，所述襯底包括二氧化硅材料。優(yōu)選地，所述襯底包括碳化娃材料。優(yōu)選地，所述碳材料包括碳納米管。在第二方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括碳層，位于襯底上；柵極疊層，位于所述碳層的一部分上；第一腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定；第二腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定；源極區(qū)域，位于所述第一腔內(nèi)，包括第一導(dǎo)電接觸；以及漏極區(qū)域，位于所述第二腔內(nèi)，包括第二導(dǎo)電接觸。優(yōu)選地，所述柵極疊層包括介電層，位于所述碳層上；以及金屬柵極，位于所述介電層上。優(yōu)選地，所述碳層包括碳納米管。優(yōu)選地，所述襯底包括氧化硅材料。優(yōu)選地，所述襯底包括碳化硅材料。優(yōu)選地，所述器件包括在所述碳層的一部分上形成的間隔物材料。優(yōu)選地，所述第一腔至少部分地由所述碳層的設(shè)置在所述間隔物材料之下的部分限定。還提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成碳材料；在所述碳材料上形成柵極疊層；去除所述襯底的一部分以形成通過(guò)所述碳材料和襯底的一部分所限定的至少一個(gè)腔；以及在所述至少一個(gè)腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。優(yōu)選地，去除所述襯底的一部分以形成所述至少一個(gè)腔包括各向同性蝕刻方法。優(yōu)選地，其中去除所述襯底的一部分以形成所述至少一個(gè)腔包括濕蝕刻方法。優(yōu)選地，所述方法還包括在去除所述襯底的一部分之前去除所述碳材料的暴露的部分。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，一種形成半導(dǎo)體器件的方法包括在襯底上形成碳材料；在所述碳材料上形成柵極疊層；在所述柵極疊層和部分所述碳材料之上形成間隔物；去除所述碳材料的暴露部分；去除所述襯底的暴露部分以形成通過(guò)所述碳材料和所述襯底所限定的腔；以及在所述腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體器件，包括碳層，位于襯底上；柵極疊層，位于所述碳層的一部分上；第一腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定；第二腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定；源極區(qū)域，位于所述第一腔內(nèi)，包括第一導(dǎo)電接觸；以及漏極區(qū)域，位于所述第二腔內(nèi)，包括第二導(dǎo)電接觸。在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成碳材料；在所述碳材料上形成柵極疊層；去除所述襯底的一部分以形成通過(guò)所述碳材料和襯底的一部分限定的至少一個(gè)腔；以及在所述至少一個(gè)腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。


·現(xiàn)在將參考附圖僅通過(guò)實(shí)例描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中圖1-7示例了用于形成半導(dǎo)體器件的方法和產(chǎn)生的的半導(dǎo)體器件的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式圖1-7示例了通過(guò)石墨形成具有源極和漏極區(qū)域的半導(dǎo)體器件的方法，源極和漏極區(qū)域避免器件中不希望的寄生電阻和寄生電容。參照?qǐng)D1，在襯底100上形成碳材料102，例如二維石墨材料、石墨納米管材料或碳納米管材料。襯底100可以包括例如二氧化硅材料或者碳化硅材料。碳材料102可以包括石墨層，石墨層可以通過(guò)例如利用使用甲烷的化學(xué)氣相沉積工藝在諸如銅(未示出)的金屬箔上外延形成石墨層，并轉(zhuǎn)移碳材料102至襯底100而形成。碳材料102也可以通過(guò)利用退火工藝從碳化娃襯底去除娃獲得石墨單層而外延形成石墨于碳化硅襯底上而形成?？蛇x地，碳材料102可以包括納米管，納米管可以通過(guò)例如旋涂方法或者化學(xué)氣相沉積工藝形成。以下引用包括可以被用來(lái)形成碳材料102的多種方法的實(shí)施例X. Li等人，“Large - Area Synthesis of High-Quality and Uniform Graphene Films onCopper Foils”，Science (2009)，8，324，1312-1314) ;Κ·V.Emtsev 等人，“Towardswafer-size graphene layers by atmospheric pressuregraphitization of siliconcarbide”，Nature Materials, (2009)，8，203-207) ;Dai，H.，“Carbon Nanotubes:Synthesis, Integration, and Properties”，Acc. Chem. Res. 35，1035-1044，2002; LeMieux, M.，etal. , “Self-Sorted，Aligned Nanotube Networks For Thin-Film Transistors，，，Science,Vol. 321, pp. 101-104，2008。參照?qǐng)D2，通過(guò)諸如原子層沉積工藝在碳材料102上形成介電層202，例如高k介電材料(如硅酸鉿、硅酸鋯、二氧化鉿或二氧化鋯)。在介電層202上形成金屬層204。金屬層204可以由例如鉭、鎢、氮化鉭、鈀、鋁或者氮化鈦制成。圖3說(shuō)明了在去除部分金屬層204和部分介電層202，而暴露出部分碳材料102并形成柵極疊層302后所獲得的結(jié)構(gòu)。柵極疊層302包括介電層202的一部分和金屬層204的一部分?？梢酝ㄟ^(guò)適當(dāng)?shù)奈g刻工藝，例如反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)和濕蝕刻工藝去除部分金屬層204和部分介電層202。舉例來(lái)說(shuō)，可以利用反應(yīng)離子蝕刻(RIE)工藝去去除部分金屬層204，可以利用濕蝕刻工藝去去除部分介電層202。圖4說(shuō)明了在柵極疊層302和部分石墨層102上形成包封間隔物402后獲得的結(jié)構(gòu)。間隔物402可以由例如氮化物材料或者氧化物材料，如氧化鉿所形成。參照?qǐng)D5，通過(guò)例如氧等離子體蝕刻工藝去除碳材料102的暴露部分，氧等離子體蝕刻工藝選擇性地去除暴露的碳材料102并暴露出部分襯底100，但是不會(huì)明顯地去除間隔物402材料或者襯底100材料。圖6說(shuō)明了在各向同性蝕刻襯底100以去除襯底100的暴露部分后獲得的結(jié)構(gòu)。蝕刻工藝可以包括，例如各向同性濕蝕刻工藝。蝕刻形成多個(gè)腔602，腔602通過(guò)碳材料102和襯底100所限定?？刂莆g刻工藝以在間隔物402之下形成多個(gè)腔602。
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圖7說(shuō)明了在導(dǎo)電接觸702形成后形成的器件700。導(dǎo)電接觸在多個(gè)腔602 (圖6)內(nèi)形成源極區(qū)域(S) 703和漏極區(qū)域(D) 705?？梢酝ㄟ^(guò)，例如原子層沉積工藝并在原子層沉積工藝后的諸如銅、鋁、鈀或銀的導(dǎo)電金屬的化學(xué)氣相沉積工藝而形成導(dǎo)電接觸702。器件700包括位于襯底100上的碳材料102 ;柵極疊層302，其包括位于碳材料102上的介電層202、位于介電層202上的形成柵極(G) 706的金屬層204 ;以及導(dǎo)電接觸702，導(dǎo)電接觸702形成源極和漏極區(qū)域703和705?？梢钥刂圃趫D6中所討論的襯底100的各向同性蝕刻，以影響多個(gè)腔602的幾何形狀。盡管所說(shuō)明的實(shí)施例包括與柵極疊層302的縱向邊緣704對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)腔602，但是可希望通過(guò)控制各向同性蝕刻工藝在柵極疊層302之下延伸腔602而“過(guò)重疊(overlap)”器件700，或者可希望通過(guò)形成未延伸至柵極疊層302的縱向邊702的較小的腔602而“欠重疊(underlap)” 器件 700。這里使用的術(shù)語(yǔ)僅僅是為了描述特定實(shí)施例的目的，并不意味著限制本發(fā)明。同樣，這里使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”以及“該”意味著包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文另有明確指示。應(yīng)進(jìn)一步可以理解，當(dāng)在本說(shuō)明書中使用時(shí)術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”說(shuō)明闡明的特征、整體、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、部件和/或其群組的存在或增加。以下權(quán)利要求中相應(yīng)的結(jié)構(gòu)、材料、動(dòng)作和所有裝置或步驟加功能要素的等價(jià)物旨在包括與作為具體所主張的與其他主張要素組合執(zhí)行功能的任何結(jié)構(gòu)、材料或動(dòng)作。在不偏離本發(fā)明的范圍和精神的情況下，對(duì)那些本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員而言，許多修改和變更將是顯而易見的。因?yàn)榫哂胁煌薷牡母鱾€(gè)實(shí)施方式適合于特殊的用途，所以為了最佳地解釋本發(fā)明的原理以及實(shí)際應(yīng)用和使本領(lǐng)域的其他一般技術(shù)人員理解本發(fā)明，選擇并描述實(shí)施方式。此處描述的流程僅僅是一個(gè)實(shí)施例。在不偏離本發(fā)明的精神的情況下，對(duì)該圖或步驟(或操作)可以有許多變更。例如，此步驟可以不同的次序下執(zhí)行步驟，或者可以增加、刪除或修改步驟。
權(quán)利要求
1.一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括以下步驟 在襯底上形成碳材料； 在所述碳材料上形成柵極疊層； 在所述柵極疊層和部分所述碳材料之上形成間隔物； 去除所述碳材料的暴露部分； 去除所述襯底的暴露部分以形成通過(guò)所述碳材料和所述襯底限定的腔；以及 在所述腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其中所述柵極疊層通過(guò)以下步驟形成 在所述碳材料上形成介電層； 在所述介電層上形成金屬層；以及 去除部分所述介電層和部分所述金屬層。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中去除所述襯底的暴露部分以形成所述腔包括各向同性蝕刻方法。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中去除所述襯底的暴露部分以形成所述腔包括濕蝕刻方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2的方法，其中去除所述碳材料的暴露部分包括氧等離子體蝕刻方法。
6.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的方法，其中所述碳材料包括石墨層。
7.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)的方法，其中所述襯底包括二氧化硅材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求I到5中任一項(xiàng)的方法，其中所述襯底包括碳化硅材料。
9.根據(jù)任一上述權(quán)利要求的方法，其中所述碳材料包括碳納米管。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括 碳層，位于襯底上； 柵極疊層，位于所述碳層的一部分上； 第一腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定； 第二腔，通過(guò)所述碳層和所述襯底限定； 源極區(qū)域，位于所述第一腔內(nèi)，包括第一導(dǎo)電接觸；以及 漏極區(qū)域，位于所述第二腔內(nèi)，包括第二導(dǎo)電接觸。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的器件，其中所述柵極疊層，包括 介電層，位于所述碳層上；以及 金屬柵極，位于所述介電層上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11的器件，其中所述碳層包括碳納米管。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或11的器件，其中所述襯底包括氧化硅材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求10或11的器件，其中所述襯底包括碳化硅材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14中任一項(xiàng)的器件，其中所述器件包括在所述碳層的一部分上形成的間隔物材料。
全文摘要
一種形成半導(dǎo)體器件的方法，包括在襯底上形成碳材料；在碳材料上形成柵極疊層；去除襯底的一部分以形成至少一個(gè)腔，所述腔通過(guò)碳材料的一部分和所述襯底限定；以及在至少一個(gè)腔內(nèi)形成導(dǎo)電接觸。
文檔編號(hào)H01L29/778GK102971854SQ201180033615
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者S-J·韓, 林崇勳, 郭德超, J·常 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司