从碳化硅（SiC）鳍或纳米线的模板提供半导体结构，所述半导体结构包括沿晶向取向的平行石墨烯纳米带或碳纳米管。首先提供SiC鳍或纳米线，然后通过退火在所述鳍或所述纳米线的暴露表面上形成石墨烯纳米带或碳纳米管。在其中形成闭合的碳纳米管的实施例中，纳米线在退火之前被悬置。所提供的石墨烯纳米带和碳纳米管的位置、取向和手征性由形成该石墨烯纳米带和碳纳米管所使用的对应碳化硅鳍和纳米线确定。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】从碳化硅（SiC）鳍或纳米线的模板提供半导体结构，所述半导体结构包括沿晶向取向的平行石墨烯纳米带或碳纳米管。首先提供SiC鳍或纳米线，然后通过退火在所述鳍或所述纳米线的暴露表面上形成石墨烯纳米带或碳纳米管。在其中形成闭合的碳纳米管的实施例中，纳米线在退火之前被悬置。所提供的石墨烯纳米带和碳纳米管的位置、取向和手征性由形成该石墨烯纳米带和碳纳米管所使用的对应碳化硅鳍和纳米线确定。【专利说明】由SiC鳍或纳米线模板制造的石墨烯纳米带和碳纳米管
本公开涉及半导体结构及其制造方法。更具体地说，本公开涉及包括可用作器件沟道的平行石墨烯纳米带(nanoribbon)或碳纳米管的半导体结构,所述石墨烯纳米带或碳纳米管沿晶向取向。本公开还涉及制造这种半导体结构的方法，其中通过碳化硅(SiC)鳍(fin)或纳米线的模板(template)制造石墨烯纳米带或碳纳米管。
技术介绍
在半导体工业中有着以更高密度制造集成电路(IC)的持续趋势。为实现更高密度，已经做出了并且继续进行着努力以朝向按比例缩小一般由体硅或绝缘体上硅(SOI)制造的半导体晶片上器件的尺寸。这些趋势正在将当前的技术推向其极限。超大规模集成(VLSI)电路典型地利用金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)实现。当MOSFET栅极长度减小时，需要减薄SOI体(沟道)，以使器件保持良好的短沟道特性。添加与第一栅极相对的第二栅极，因此，通过从SOI体的相反两面控制沟道，从而允许额外地按比例缩小栅极长度。当使用全包围沟道的栅极时，实现最佳短沟道控制。鉴于上述情况，半导体工业正寻求石墨烯以实现某些上述目的。石墨烯实质上为碳原子的扁平状薄片(flat sheet)，它是一种用于射频(RF)晶体管和其它电子晶体管的有前景的材料。典型的RF晶体管由硅或诸如磷化铟(InP)的更昂贵的半导体制成。石墨烯中测量的电子迁移率被发现远高于InP或硅的电子迁移率。虽然有着其所有优良的电子特性，但是石墨烯没有带隙，这使其不适合制造数字器件。在沟道中使用石墨烯制造的晶体管具有10或更小的量级的ImZXff比率，而这些器件的适当功能还需要大许多个量级(约IO6的1?/1。?)。已经表明，如果以纳米带或闭合的碳纳米管(NNT)的形式制造石墨烯，可以在石墨烯中产生带隙。带隙大小随着纳米带的宽度减小而增大，并且对于潜在的实际引用，石墨烯纳米带(GNR)的宽度必须小于10nm，优选地小于5nm。之前已证明可在剥落的石墨烯纳米薄片上制造GNR。用于制造GNR的现有技术是基于石墨烯层的构图(pattern)和蚀刻(通常使用RIE)。这种技术形成的纳米带具有非均匀且可能损坏的边缘，形成线边缘粗糙度(LER)，这劣化了 GNR的电学质量。CNT场效应晶体管已知具有优良的特性，然而，制造超大型集成电路所需的CNT的精确布置非常有挑战性。尽管通过CNT的定向生长，已经取得了一定的进步，但是可实现的CNT到CNT间距为微米量级。作为基准，目前的器件以50nm (0.05微米)的间距制造。
技术实现思路
本公开通过使用石墨烯作为沟道材料，解决了 FET按比例缩小要求。石墨烯薄片的使用允许制造比现在使用SOI制造的沟道薄的沟道。此外，本公开中公开的器件具有双栅极以进一步推动按比例缩小。可被视为卷起的石墨烯的CNT沟道的使用允许制造全包围栅(gate-all-around) 器件。本公开描述了包括沿晶向取向的平行的石墨烯纳米带或碳纳米管的半导体结构的制造。由于该石墨烯纳米带或碳纳米管是由碳化硅(SiC)鳍或纳米线的模板制成的，因此可实现的集成密度等同于使用最先进的硅技术获得的集成密度。在本公开中，首先提供SiC鳍或纳米线，然后通过退火，在所述鳍或所述纳米线的暴露表面上形成石墨烯纳米带或碳纳米管。在其中形成闭合的碳纳米管的实施例中，在退火之前，纳米线被悬置(suspend)。本公开中提供的石墨烯纳米带和碳纳米管的位置、取向和手征性由形成所述石墨烯纳米带和碳纳米管的对应碳化硅鳍和纳米线确定。在本公开的一个实施例中，提供一种半导体结构(S卩，双沟道鳍式FET CfinFET)),其包括位于衬底表面上的至少一个碳化硅鳍。所公开的结构还包括石墨烯纳米带，其位于所述至少一个碳化硅鳍的每个裸露侧壁上。所公开的结构还包括栅极结构，其被取向为垂直于所述至少一个碳化硅鳍。所述栅极结构还覆盖每个石墨烯纳米带的一部分并位于所述至少一个碳化硅鳍的一部分的顶上。在所公开的结构中，被所述栅极结构覆盖的所述每个石墨烯纳米带的所述部分限定(define)所述半导体结构的沟道区。在本申请的另一实施例中，提供一种半导体结构，其包括位于衬底表面上的至少一个硅鳍。所公开的结构还包括:碳化硅鳍，其位于所述至少一个硅鳍的每个裸露侧壁上；以及位于每个碳化硅鳍的侧壁上的石墨烯纳米带。所公开的结构还包括栅极结构，其被取向为垂直于每个碳化硅鳍和所述至少一个碳化硅鳍。所述栅极结构还覆盖每个石墨烯纳米带的一部分并位于所述碳化硅鳍和所述至少一个硅鳍中的每一者的一部分的顶上。被所述栅极结构覆盖的所述每个石墨烯纳米带的所述部分限定所述半导体结构的沟道区。在本申请的又一实施例中，提供一种半导体结构，其包括位于表面衬底上的至少一对分隔开的石墨烯纳米带。该结构还包括第一栅极结构，其位于每个分隔开的石墨烯纳米带的一个侧壁上，其中包含所述第一栅极结构的每个石墨烯纳米带的所述侧壁不相互面对。所述结构还包括:邻近所述第一栅极结构的平面化电介质材料；以及第二栅极结构的至少栅极导体，其位于所述至少一对分隔开的石墨烯纳米带之间。在某些实施例中，所述第二栅极结构的所述栅极导体的上部可以接触所述第一栅极结构的上表面。在本申请的再一实施例中，提供一种半导体结构，其包括:位于衬底表面的顶上的至少一个悬置的碳纳米管；以及栅极结构，其被取向为垂直于所述至少一个悬置的碳纳米管。所述栅极结构围绕所述至少一个悬置的碳纳米管的一部分，并且被所述栅极结构围绕的所述至少一个碳纳米管的部分限定所述半导体结构的沟道区。本公开还提供了一种形成半导体结构的方法。所述方法包括提供位于衬底表面上的至少一个碳化硅鳍，所述碳化硅鳍至少具有裸露侧壁。通过在诸如但不限于稀释硅烷的环境中在从1200°C直到但不超过所述衬底的熔点的温度下进行退火，在所述碳化硅鳍的每个裸露侧壁上形成石墨烯纳米带。邻近所述石墨烯纳米带形成至少栅极结构。【专利附图】【附图说明】在下面的附图描述中，当使用术语“截面”时，对应的附图将示出在截面中存在的物体(或材料)。当使用术语“侧视图”时，对应的附图将示出以直角直接可见的、但可能位于截面平面后面的物体。图1是(通过截面图)示出可以在本公开的一个实施例中使用的绝缘体上碳化硅衬底的图不。图2A-2D是(通过截面图)示出可在形成图1所示的绝缘体上碳化硅衬底中使用的一种可能的方法的图示。图3是(通过截面图)示出在绝缘体上碳化硅衬底的碳化硅层的上表面上形成硬掩模之后图1的结构的图示。图4A是(通过俯视图)示出在衬底的至少一个区域中形成其上包括构图的硬掩模的多个碳化硅鳍之后图3的结构的图示。图4B是在由B1-B2标注的平面处切开图4A的结构之后通过侧视图的图示。图5A是(通过俯视图)示出在每个碳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·科恩，C·D·迪米特罗普洛斯，A·格里尔，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：
国别省市：
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