装置结构及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了装置结构及其形成方法。霍尔效应装置和场效晶体管形成为包含碳基纳米结构层，例如碳纳米管和/或石墨烯，其上形成有牺牲金属层，以在处理期间保护碳基纳米结构层。

【技术实现步骤摘要】
装置结构及其制造方法
本专利技术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。
技术介绍
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。
技术实现思路
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（organicmoisties）。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（gatedHallbar）和场效晶体管（FETs）。根据本专利技术，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。本专利技术还提供装置结构，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。本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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。附图说明本专利技术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专利技术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。图13是图案化的金属层、碳基纳米结构层和基板的俯视图。图14是沿着图13的线14-14的截面图。图15是FET的中间结构的俯视图。图16是沿着图15的线16-16的截面图。图17是FET的中间结构的俯视图。图18是沿着图17的线18-18的截面图。图19是FET的俯视图。图20是沿着图19的线20-20的截面图。图21是中间结构的截面图，示出了FET的源极和漏极的顶部和侧壁上的电介质层，然而还缺少沟道区域中的石墨烯。图22是示出在FET的源极和漏极的顶部上的电介质层的中间结构的截面图。图23是示出图21和22的电介质层的组合的中间结构的截面图。图24是包含单一部件的源极和漏极且采用图22的额外电介质层的FET的截面图。图25是包含包括延伸区域的两部件源极和漏极且采用图22的额外电介质层的FET的截面图。图26-31是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有一部件源极和漏极，没有附加的源极和漏极电介质，且具有对于导电反应层的情况的反应沟道保护残留。图32-37是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有多层的一部件源极和漏极，没有附加的源极和漏极电介质，且具有对于绝缘反应层的情况的反应沟道保护残留。图38-43是示出用于形成FET的工艺流程的截面图，该FET具有包括源极和漏极衬垫以及源极和漏极延伸区域的两部件源极和漏极、附加的顶栅极和漏极电介质以及反应的沟道保护残留。图44是示出延伸超过底栅极电极和碳基纳米结构层的栅极电介质的FET的截面图。图45是示出图案化为覆盖底栅极电极的栅极电介质的FET的截面图。图46是示出延伸超过底栅极电极和碳基纳米结构层的下栅极电介质的双栅极FET的截面图。图47是示出图案化为覆盖底栅极电极的下栅极电介质的双栅极FET的截面图。具体实施方式现在参见附图，图1-8示出了具有霍尔棒结构的霍尔效应装置的中间结构和最终结构的俯视图和截面图。图1示出了牺牲金属层14的俯视图，其用于保护图2所示的碳基纳米结构层20的上表面22不受诸如来自碳氢化合物的污染以及其它污染。图2是沿着图1的线2-2的截面图。例如，碳基纳米结构层20的上表面22的污染物可能来自于用于图案化碳基纳米结构层20的光致抗蚀剂的残留。结构12包括绝缘基板16、碳基纳米结构层20和牺牲金属层14。牺牲金属层14谓之牺牲是因为牺牲金属层14的重要部分仅临时存在并且旨在随后被去除。绝缘基板16例如可为SiC，或Si上方的SiO2。绝缘基板16具有上表面18。碳基纳米结构层20形成于或位于上表面18上。碳基纳米结构20具有上表面22且可选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。牺牲金属层14形成在碳基纳米结构层20的上表面22上。牺牲金属层14可选自由Ni、Pd、Cu和其它金属构成的组。诸如具有第一图案23的光致抗蚀剂的第一图案化层（未示出）形成在牺牲金属层14上。第一图案化层可通过光刻而图案化，例如，利用通过包含第一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种装置结构的形成方法，包括：选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在所述碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在所述第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移所述第一图案到所述第一金属的第一层和所述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；去除所述第一图案化层；在所述绝缘基板和所述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；所述第二金属的第二图案化层具有包括彼此分隔的多个接触的第二图案，其中各个接触具有在所述第一金属的第一图案化层上的部分和在所述绝缘基板上的部分；以及去除没有被所述多个接触覆盖的所述第一金属的第一图案化层，由此所述第一图案化碳基纳米结构层具有未被所述第一金属的第一图案化层覆盖的区域。

【技术特征摘要】
2012.10.18 US 13/654,4161.一种装置结构的形成方法，包括：选择在上表面上具有碳基纳米结构层的绝缘基板；在所述碳基纳米结构层上形成第一金属的第一层；在所述第一金属的第一层上形成具有第一图案的第一图案化层；转移所述第一图案到所述第一金属的第一层和所述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；去除在所述第一金属的第一层上形成的具有第一图案的所述第一图案化层；在所述绝缘基板和所述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；所述第二金属的第二图案化层具有包括彼此分隔的多个接触的第二图案，其中各个接触具有在所述第一金属的第一图案化层上的部分和在所述绝缘基板上的部分；以及去除没有被所述多个接触覆盖的所述第一金属的第一图案化层，由此所述第一图案化碳基纳米结构层具有未被所述第一金属的第一图案化层覆盖的区域。2.如权利要求1所述的方法，其中所述碳基纳米结构层选自由碳纳米管和石墨烯构成的组。3.如权利要求1所述的方法，其中形成所述第二金属的第二图案化层包括在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成图案化光致抗蚀剂剥离模板；在所述光致抗蚀剂剥离模板之上、在所述绝缘基板之上以及在所述第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的层；以及去除所述剥离模板和所述剥离模板上面的所述第二金属。4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一金属包括选自由Ni、Pd和Cu构成的组。5.如权利要求1所述的方法，其中非晶硅和多晶硅之一形成为取代所述第一金属。6.如权利要求1所述的方法，还包括：在形成第一图案化层之前，在所述第一金属的第一层上形成具有第三图案的第三图案化层；转移所述第三图案穿过所述第一金属的第一层、所述碳基纳米结构层且进入所述绝缘基板中；以及去除所述第三图案化层。7.如权利要求1所述的方法，还包括：在第一图案化碳基纳米结构层的所述区域、所述绝缘基板和所述多个接触之上形成电介质层；在所述电介质层上形成金属电极，其中所述金属电极在所述电介质层上延伸，与多个接触隔开并且在图案化碳基纳米结构层的位于接触之间的部分的所述区域之上延伸；以及去除所述多个接触的至少一些部分之上的所述电介质层。8.如权利要求1所述的方法，还包括在所述多个接触和所述多个接触的侧壁之上形成电介质层，所述电介质层对所述碳基纳米结构层有选择性。9.如权利要求1所述的方法，还包括：在所述绝缘基板和所述第一金属的第一图案化层之上形成第二金属的层；在所述第二金属的层之上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成第二图案化层取代在所述第二金属的层上形成所述第二图案化层；以及将所述第二图案转移到所述第一电介质层和所述第二金属的层，其中所述多个接触具有在其上方的图案化电介质。10.如权利要求9所述的方法，还包括在所述第一电介质层和所述多个接触的侧壁之上形成第二电介质层，所述第二电介质层对所述碳基纳米结构层有选择性。11.如权利要求9所述的方法，还包括：在所述图案化电介质、所述图案化电介质的侧壁、所述至少两个接触的侧壁之上以及暴露的图案化碳基纳米结构层之上形成第二电介质层；在所述第二电介质层之上形成第三金属层；以及图案化所述第三金属层以在部分的所述至少两个接触之上以及位于所述至少两个接触之间的所述图案化碳基纳米结构层之上的所述第二电介质层上形成栅极电极。12.如权利要求11所述的方法，还包括去除在部分的所述至少两个接触之上的所述第一电介质层和所述第二电介质层；并且其中所述图案化还包括在所述至少两个接触之上形成源极电极和漏极电极。13.如权利要求1所述的方法，还包括：加热所述第二金属的第二图案化层和所述第一金属的第一图案化层，以导致形成化学化合物和合金之一的反应；以及选择性去除没有反应的所述第一金属的第一图案化层，以暴露位于所述多个接触的至少两个接触之间的所述图案化碳基纳米结构层。14...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵泽安，CD迪米特雷科普洛斯，A格里尔，TJ麦卡德尔，D普费弗，KL萨恩格，RL威斯尼夫，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US