全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提出了一种全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法，在多孔薄膜表面形成纳米颗粒作为触媒，接着形成碳纳米管，源漏极包围栅介质层，将碳纳米管密封在真空环境，从而在后续形成碳纳米场效应晶体管之后能够降低器件工作电压，提高器件使用寿命及其它性能。

【技术实现步骤摘要】
全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
传统晶体管MOSFET将器件制作在单晶硅衬底材料上。在不断追逐摩尔定律(Moore’sLaw)的推动作用下，传统晶体管MOSFET的沟道长度不断缩减，器件尺寸缩小。这种收缩增加了晶体管密度，提高了芯片的集成度，以及其他的固定因素和开关速度等，同时降低了功耗，使芯片性能不断提升。在未来，随着技术要求不断提高，而硅芯片已经不能被制造得更小，于是必须寻找新的芯片制造材料，碳纳米晶体管是很好的选择。通过采用单个碳纳米管或者碳纳米管阵列代替传统体MOSFET结构的沟道材料，可以在一定程度上克服限制并且进一步缩小器件尺度。在理想的全包围栅极结构中，具有自对准栅极的碳纳米管场效应晶体管(CarbonNanoTubeFieldEffectTransistor,CNTFET)尺寸已经降到了20nm。包围碳纳米管沟道的栅极的均匀性得到了巩固，并且这样的工艺也没有造成对碳纳米管的损害。碳纳米管芯片可以大大提高高性能计算机的能力，使大数据分析速度更快，增加移动设备和物联网的功率和电池寿命，并允许云数据中心提供更有效和更经济的服务。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法，具有更好的性能。为了实现上述目的，本专利技术提出了一种全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，包括步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上依次形成有介质层和多孔薄膜；在所述多孔薄膜表面形成图案化的掩膜层，所述掩膜层暴露出部分多孔薄膜；在暴露出的多孔薄膜表面形成金属触媒，并去除所述掩膜层；在所述金属触媒上形成碳纳米管，并刻蚀去除部分多孔薄膜，所述碳纳米管的两端由剩余的多孔薄膜支撑，使所述碳纳米管悬空；在所述碳纳米管表面形成栅介质层；在所述栅介质层及介质层表面形成金属栅极，所述金属栅极位于所述碳纳米管的中端区域；刻蚀去除位于碳纳米管两端表面的部分栅介质层，暴露出部分碳纳米管的两端；刻蚀去除剩余的多孔薄膜；在暴露出的碳纳米管两端及介质层表面分别形成源漏极，所述源漏极覆盖部分栅介质层，并与所述金属栅极隔离。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，在形成所述源漏极之后，还包括步骤：采用高温退火对所述源漏极进行处理，使所述源漏极在碳纳米管处形成突出部。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述高温退火工艺的反应温度范围为600摄氏度～1200摄氏度。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述高温退火工艺采用的气体为H2或N2。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述高温退火工艺的反应时间范围为10秒～120分钟。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述多孔薄膜的形成步骤包括：在所述介质层表面形成重掺杂多晶硅；电子刻蚀所述重掺杂多晶硅，形成多孔的多晶硅，获得多孔薄膜。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述掩膜层包括氮化硅层和光阻，所述光阻形成在所述氮化硅表面。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述金属触媒包括Pt、Au、Ag、Cu或Ni。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，在形成所述金属触媒之后形成碳纳米管之前，还包括步骤：对所述多孔薄膜在H2或N2下进行烘烤。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述碳纳米管的形成步骤包括：在化学气相沉积腔室中通入CH4，在高温下和金属触媒条件下形成碳纳米管。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，形成所述碳纳米管所需的高温范围为800摄氏度～1000摄氏度。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述金属触媒的尺寸范围是1nm～3nm。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述源漏极的材质为低功函数金属。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述源漏极的材质为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。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述碳纳米管内的真空度范围是0.01Torr～50Torr。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，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。进一步的，在所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法中，所述栅介质层材质为HfO2或Al2O3。在本专利技术中，还提出了一种全密封真空纳米管场效应晶体管，采用如上文所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法制备而成，包括：半导体衬底、介质层、碳纳米管、栅介质层、金属栅极及源漏极，其中，所述介质层形成在所述半导体衬底表面，所述金属栅极及源漏极形成在所述介质层表面，所述碳纳米管被所述栅介质层包围，暴露出碳纳米管的两端，所述栅介质层的两端及暴露出的碳纳米管的两端被所述源漏极包围，使所述栅介质层及碳纳米管悬空，所述金属栅极位于所述碳纳米管的中端区域，并包围所述栅介质层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果主要体现在：在多孔薄膜表面形成纳米颗粒作为触媒，接着形成碳纳米管，源漏极包围栅介质层，将碳纳米管密封在真空环境，从而在后续形成碳纳米场效应晶体管之后能够降低器件工作电压，提高器件使用寿命及其它性能。附图说明图1为本专利技术一实施例中全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法的流程图；图2至图10为本专利技术一实施例中全密封真空纳米管场效应晶体管的制造过程的立体结构示意图；图11和图12为本专利技术一实施例中全密封真空纳米管场效应晶体管沿着沟道方向的剖面示意图；图13为本专利技术一实施例中全密封真空纳米管场效应晶体管沿垂直于沟道方向的剖面示意图；图14为本专利技术一实施例中全密封真空纳米管场效应晶体管的能带示意图。具体实施方式下面将结合示意图对本专利技术的全密封真空纳米管场效应晶体管及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本专利技术由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。请参考图1，在本实施例中，提出了一种全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，包括步骤：S100：提供半导体衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全密封真空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依次形成有介质层和多孔薄膜；在所述多孔薄膜表面形成图案化的掩膜层，所述掩膜层暴露出部分多孔薄膜；在暴露出的多孔薄膜表面形成金属触媒，并去除所述掩膜层；在所述金属触媒上形成碳纳米管，并刻蚀去除部分多孔薄膜，所述碳纳米管的两端由剩余的多孔薄膜支撑，使所述碳纳米管悬空；在所述碳纳米管表面形成栅介质层；在所述栅介质层及介质层表面形成金属栅极，所述金属栅极位于所述碳纳米管的中端区域；刻蚀去除位于碳纳米管两端表面的部分栅介质层，暴露出部分碳纳米管的两端；刻蚀去除剩余的多孔薄膜；在暴露出的碳纳米管两端及介质层表面分别形成源漏极，所述源漏极覆盖部分栅介质层，并与所述金属栅极隔离。

【技术特征摘要】
1.一种全密封真空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依次形成有介质层和多孔薄膜；在所述多孔薄膜表面形成图案化的掩膜层，所述掩膜层暴露出部分多孔薄膜；在暴露出的多孔薄膜表面形成金属触媒，并去除所述掩膜层；在所述金属触媒上形成碳纳米管，并刻蚀去除部分多孔薄膜，所述碳纳米管的两端由剩余的多孔薄膜支撑，使所述碳纳米管悬空；在所述碳纳米管表面形成栅介质层；在所述栅介质层及介质层表面形成金属栅极，所述金属栅极位于所述碳纳米管的中端区域；刻蚀去除位于碳纳米管两端表面的部分栅介质层，暴露出部分碳纳米管的两端；刻蚀去除剩余的多孔薄膜；在暴露出的碳纳米管两端及介质层表面分别形成源漏极，所述源漏极覆盖部分栅介质层，并与所述金属栅极隔离。2.如权利要求1所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在形成所述源漏极之后，还包括步骤：采用高温退火对所述源漏极进行处理，使所述源漏极在碳纳米管处形成突出部。3.如权利要求2所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述高温退火工艺的反应温度范围为600摄氏度～1200摄氏度。4.如权利要求2所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述高温退火工艺采用的气体为H2或N2。5.如权利要求2所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述高温退火工艺的反应时间范围为10秒～120分钟。6.如权利要求1所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述多孔薄膜的形成步骤包括：在所述介质层表面形成重掺杂多晶硅；电子刻蚀所述重掺杂多晶硅，形成多孔的多晶硅，获得多孔薄膜。7.如权利要求1所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述掩膜层包括氮化硅层和光阻，所述光阻形成在所述氮化硅表面。8.如权利要求1所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，所述金属触媒包括Pt、Au、Ag、Cu或Ni。9.如权利要求1所述的全密封真空纳米管场效应晶体管的制造方法，其特征在于，在形成所...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，张汝京，
申请(专利权)人：上海新昇半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31