具有碳纳米管沟道的晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种具有碳纳米管沟道的晶体管和制造其的方法。至少两个栅电极形成于栅极绝缘层上且彼此绝缘，所述栅极绝缘层形成于碳纳米管沟道上。因此，防止了少数载流子流入碳纳米管沟道。因此，可以防止当多数载流子和少数载流子都流入碳纳米管沟道时产生的漏电流。因此，可以防止由于漏电流引起的晶体管特性的降低。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种具有碳纳米管沟道的半导体器件及其制造方法，更具体而言，涉及一种。
技术介绍
碳纳米管具有比人的头发直径小一万倍的直径，但比钢更坚固，具有半导体和金属的特性，且具有比硅更好的性能。而且，由于碳纳米管在室温具有比硅的迁移率高七十倍的迁移率，碳纳米管可以克服硅材料的缺点，例如，硅材料的高噪声水平。由于这些特性，碳纳米管已经广泛地用于半导体器件、平板显示器、电池、超强纤维、生物传感器、TV阴极射线管(CRT)等。碳纳米管还用作纳米钳，其可以捏放纳米物体。碳纳米管的典型的应用是碳纳米管晶体管，其沟道由碳纳米管形成。在常规的碳纳米管晶体管(下文，称为常规晶体管)中，源电极和漏电极与碳纳米管沟道一起形成肖特基(Schottky)结。因此，通过形成碳纳米管的沟道可以实现常规碳纳米管以具有碳纳米管的优点。其后，将描述常规晶体管的问题。图1是示出常规晶体管的电压电流特性的曲线图。在图1中，第一和第二曲线G1和G2分别代表1.5V和0.9V的漏极电压的模拟结果。标记□和●分别代表了1.5V和0.9V的漏极电压的测试结果。容易地看出模拟结果和测试结果基本彼此相同。可以看出，依据施加到常规晶体管的漏电极的电压的电压电流特性和图1所示的曲线没有不同。图2是示出常规晶体管在0.3V和0.6V的漏极电压的电压电流特性。在图2中，第一和第二曲线G11和G22分别代表0.3V和0.6V的漏极电压的电压电流特性。在图1和2所示的曲线中，漏电流从漏电流最小的栅电压的两侧增加。在漏电流最小的栅电压的左侧的漏电流由空穴造成，而在漏电流最小的栅电压的右侧的漏电流由电子造成。在普通晶体管的情况中，测量范围的漏电流由多数载流子造成，且可以忽略由少数载流子造成的漏电流，因为其远小于测量范围。为此，在普通晶体管中，在超过漏电流最小的电压的栅电压下漏电流不增加，但具有最小值。但是，在图1和2的常规晶体管中，在超过漏电流最小的电压的栅电压下，漏电流再次增加。该结果代表在测量范围中由空穴和电子造成的漏电流的共存。在测量范围内由相对极性的载流子造成的漏电流的共存意味着由少数载流子造成的电流具有不能忽略的大值。由少数载流子造成的漏电流是由一种在漏电流最小的栅电压下必须不能被测量到的载流子造成的电流。在常规的晶体管中，电子和空穴流入沟道作为多数载流子。因此，漏电流可能增加且可能降低半导体器件的性能。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有碳纳米管沟道的晶体管，其能够防止少数载流子流入碳纳米管沟道。本专利技术还提供一种制造该晶体管的方法。依据本专利技术的一个方面，提供有一种晶体管，包括衬底；第一绝缘层，形成于所述衬底上；第一和第二金属层，形成于所述第一绝缘层上且彼此分开预定的距离；碳纳米管沟道，形成于所述第一金属层和第二金属层之间的所述第一绝缘层上，所述碳纳米管沟道具有接触所述第一金属层的一侧和接触所述第二金属层的另一侧；第二绝缘层，覆盖所述第一和第二金属层和所述纳米管沟道；以及第一和第二栅电极，形成于所述第二绝缘层上，所述第二绝缘层形成于所述纳米管沟道上，所述第一和第二栅电极彼此电绝缘。所述第二绝缘层可以是具有比所述第一绝缘层的介电常数高的介电常数的介电层。所述第一和第二栅电极可以彼此分开预定的距离。第三绝缘层进一步形成于所述第二绝缘层上来覆盖所述第一栅电极，且所述第二栅电极可以形成于所述第三绝缘层上。所述第一和第二栅电极可以部分地彼此重叠。第三栅电极可以进一步形成于所述第二绝缘层上，所述第三栅电极从所述第一和第二栅电极绝缘。根据本专利技术的另一方面，提供有一种制造晶体管的方法，包括在衬底上形成第一绝缘层；在所述第一绝缘层上形成碳纳米管沟道；在所述第一绝缘层上形成第一和第二金属层，所述第一金属层接触所述碳纳米管沟道的一侧且所述第二金属层接触所述碳纳米管沟道的另一侧；在所述第一和第二金属层和碳纳米管沟道上形成第二绝缘层；以及在所述第二绝缘层接触所述纳米管层的区域上形成第一和第二栅电极，所述第一和第二栅电极彼此绝缘。所述第一和第二栅电极可以彼此分开预定的距离形成。所述形成第一和第二栅电极可以还包括在所述第二绝缘层上形成所述第一栅电极；在所述第二绝缘层上形成第三绝缘层使得所述第一栅电极被覆盖；以及在所述第三绝缘层上形成第二栅电极使得所述第二栅电极与部分的所述第一栅电极重叠。可以进一步在所述第二绝缘层接触所述纳米管沟道的区域上形成第三栅电极，所述第三栅电极与所述第一和第二栅电极绝缘。依据本专利技术，可以防止少数载流子流入所述纳米管沟道。因此，可以防止当多数载流子和少数载流子都流入纳米管沟道时产生的漏电流。因此，可以防止晶体管的特性由于漏电流而被降低。附图说明参考附图，通过详细描述其示范性实施例，本专利技术的以上和其它特征将变得更加显见，在附图中图1是示出常规碳纳米管晶体管的电压电流特性的模拟和试验结果的曲线图；图2是示出基于图1的结果的常规碳纳米管的电压电流特性的曲线图；图3是依据本专利技术的第一实施例的碳纳米管晶体管的截面图；图4是依据本专利技术的第二实施例的碳纳米管晶体管的截面图；图5是示出图3和4中示出的碳纳米管晶体管的电压电流特性的曲线图；图6到9是示出制造依据本专利技术的第一实施例的图3的碳纳米管晶体管的流程的截面图；以及图10到12是示出制造依据本专利技术的第二实施例的图4的碳纳米管晶体管的流程的截面图。具体实施例方式现将参考显示本专利技术的实施例的附图详细描述具有碳纳米管沟道的晶体管和制造其的方法。在附图中，为了清晰放大了层和区域的厚度。首先，将在以下描述依据本专利技术的晶体管。第一实施例图3是依据本专利技术的第一实施例的碳纳米管晶体管的截面图。参考图3，碳纳米管晶体管(下文，称为第一晶体管)包括衬底40，且第一绝缘层42形成于衬底40上。优选地，第一绝缘层42由具有比第二绝缘层50(将在后描述)的介电常数低的介电常数的材料形成。第一绝缘层42可以由SiO2形成。而且，在第一绝缘层42上形成第一金属层46、第二金属层48和碳纳米管沟道44。第一和第二金属层46和48分别充当源极和漏极。碳纳米管沟道44形成于第一绝缘层42上，第一金属层46和第二金属层48之间且接触第一和第二金属层46和48。而且，第一晶体管包括第二绝缘层50以及第一和第二栅电极52和54。第二绝缘层50充当栅极绝缘层。优选地，第二绝缘层50由具有比第一绝缘层42的介电常数高的介电常数的材料形成。例如，第二绝缘层50可以由ZrO3形成。第二绝缘层50形成于第一和第二金属层46和48以及碳纳米管沟道44上。第一和第二栅电极52和54设置于碳纳米管沟道44的上方且彼此分开预定的距离。当将预定的电压施加到第一晶体管的第一和第二栅电极52和54时，发生电势泄漏。即，即使第一和第二栅电极52和54彼此分开预定的距离，由第一和第二栅电极52和54产生的电势泄漏到第二绝缘层50与第一和第二栅电极52和54之间，因为第二绝缘层50由具有高介电常数的材料形成。由于该电势泄漏，设置于第一栅电极52和第二栅电极54之间的第二绝缘层50也被由第一和第二栅电极52和54产生的电势影响。因此，该电势没有仅集中于碳纳米管沟道44的一区域上，而是均匀地分布在整个碳纳米管沟道44上。在该状态中，施加到第一和第二栅电极52和54的电压被不同地改变来控制第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管，包括：　　　　衬底；　　　　第一绝缘层，形成于所述衬底上；　　　　第一和第二金属层，形成于所述第一绝缘层上且彼此分开预定的距离；　　　　碳纳米管沟道，形成于所述第一金属层和第二金属层之间的所述第一绝缘层上，所述碳纳米管沟道具有接触所述第一金属层的一侧和接触所述第二金属层的另一侧；　　　　第二绝缘层，覆盖所述第一和第二金属层和所述纳米管沟道；以及　　　　第一和第二栅电极，形成于所述第二绝缘层上，所述第二绝缘层形成于所述纳米管沟道上，所述第一和第二栅电极彼此电绝缘。

【技术特征摘要】
KR 2004-9-13 73082/041.一种晶体管，包括衬底；第一绝缘层，形成于所述衬底上；第一和第二金属层，形成于所述第一绝缘层上且彼此分开预定的距离；碳纳米管沟道，形成于所述第一金属层和第二金属层之间的所述第一绝缘层上，所述碳纳米管沟道具有接触所述第一金属层的一侧和接触所述第二金属层的另一侧；第二绝缘层，覆盖所述第一和第二金属层和所述纳米管沟道；以及第一和第二栅电极，形成于所述第二绝缘层上，所述第二绝缘层形成于所述纳米管沟道上，所述第一和第二栅电极彼此电绝缘。2.如权利要求1所述的晶体管，其中，所述第二绝缘层是具有比所述第一绝缘层的介电常数高的介电常数的介电层。3.如权利要求1所述的晶体管，其中，所述第一和第二栅电极彼此分开预定的距离。4.如权利要求1所述的晶体管，还包括第三绝缘层，形成于所述第二绝缘层上来覆盖所述第一栅电极。5.如权利要求4所述的晶体管，其中，所述第二栅电极设置于所述第三绝缘层上，所述第一和第二栅电极彼此部分地重叠。6.如权利要求1所述的晶体管，还包括第三栅电极，形成于所述第二绝缘层上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴玩浚，郑炳昊，裵恩珠，汉斯科西娜，马迪福尔法思，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]