[发明专利]一种碳纳米管器件及其制造方法

权利要求书

1.一种碳纳米管器件的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：提供一依次覆盖有电介质层（102）、由生长的碳纳米管阵列薄膜构成的碳纳米管层（103）以及第一栅介质层（104）的衬底（101），在其上形成包括假栅电极（107）和侧墙（108，108’）的栅极结构，以所述栅极结构为图案去除侧墙（108，108’）外侧的所述第一栅介质层（104）并暴露所述生长的碳纳米管阵列薄膜，并在侧墙（108，108’）两侧形成源漏金属电极层（105、106）；

S2：在上述步骤S1形成的结构上沉积第一层间介质层ILD0（109）覆盖整个假栅结构，并进行CMP平坦化，停止在假栅电极（107）表面；

S3：去除沟槽结构中的假栅电极（107）和第一栅介质层（104），直到暴露出所述生长的碳纳米管阵列薄膜，通过湿法腐蚀或气化腐蚀去除所述生长的碳纳米管阵列薄膜下方的部分电介质层（102），直到碳纳米管完全悬空，形成两端分别与所述沟槽两侧的生长的碳纳米管阵列薄膜侧面连接的悬空的横向棒状碳纳米管（110）阵列；

S4：在上述沟槽结构中依次沉积第二栅介质层（111）和高K/金属栅材料层（112）分别包覆悬空的横向棒状碳纳米管（110）外表面，形成横向棒状环栅（113）阵列，并继续在沟槽中依次沉积金属栅调制层、金属栅阻挡层及引线金属层，直到填充整个沟槽；

S5：采用CMP技术对步骤S4中所填充的薄膜进行平坦化，然后采取后续流程制作接触孔、孔薄膜填充以及局部和全局金属互连层。

2.如权利要求1所述的碳纳米管器件的制备方法，其特征在于，步骤S3中采用干法或湿法刻蚀技术去除所述假栅电极（107）和第一栅介质层（104）。

3.如权利要求1所述的碳纳米管器件的制备方法，其特征在于，所述电介质层（102）为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或由上述任意两种或三种组成的复合材料。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的碳纳米管器件的制备方法制备的碳纳米管器件，包括衬底（101），覆盖衬底（101）上电介质层（102）、由生长的碳纳米管阵列薄膜构成的碳纳米管层（103）、第一栅介质层（104）以及由侧墙（108，108’）限定的沟道区、源极区和漏极区，其特征在于：

所述第一栅介质层（104）位于所述生长的碳纳米管阵列薄膜和所述侧墙（108，108’）之间，并且在水平方向上仅位于所述沟道区和所述源极区之间以及所述沟道区和所述漏极区之间；所述侧墙（108，108’）整体位于所述生长的碳纳米管阵列薄膜所在平面上方；

所述碳纳米管器件的所述源极区和所述漏极区位于所述生长的碳纳米管阵列薄膜表面，所述源极区和所述漏极区具有源漏金属电极层（105、106），其与所述生长的碳纳米管阵列直接接触，所述源漏金属电极层（105、106）选自钯、钪、镍铂合金、钛、钴、钇、铝、钼中的一种或多种；

在所述侧墙（108，108’）之间的沟槽中的所述生长的碳纳米管阵列薄膜所在平面具有一横向棒状环栅（113）阵列，该阵列两端分别与所述碳纳米管阵列薄膜连接，所述横向棒状环栅（113）中心层为棒状碳纳米管（110）、外层包覆第二栅介质层（111）和高K/金属栅材料层（112），同时在所述侧墙（108，108’）之间的沟槽中具有由金属栅阈值调制层、金属栅阻挡层及引线金属层组成的复合层。

5.如权利要求4所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述衬底（101）选自硬质绝缘材料或耐高温柔性绝缘材料。

6.如权利要求5所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述硬质绝缘材料选自SOI硅片、氧化硅、氮化硅、石英、玻璃、氧化铝，所述耐高温柔性绝缘材料选自PET、PEN、聚酰亚胺。

7.如权利要求4所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述衬底（101）为硅片。

8.如权利要求4所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述生长的碳纳米管阵列薄膜为碳纳米管网络状薄膜、碳管自组装薄膜，或由上述两者组合的复合层。

9.如权利要求4所述的碳纳米管器件，其特征在于，所述电介质层（102）为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或由上述任意两种或三种组成的复合材料。