[发明专利]通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法

说明书

本发明公开了一种腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法，具体为：1)在衬底上设置碳纳米管薄膜；2)在碳纳米管薄膜上设置一层金属薄膜；3)在金属薄膜上划分出源极区域、漏极区域和沟道区域，并去除以上区域之外的金属薄膜和碳纳米管薄膜；4)在沟道区域上划分出栅极区域；5)对沟道区域进行腐蚀，并在沟道区域和源极金属电极区域之间，以及沟道区域和漏极金属电极区域之间形成间隙，作为栅极和源、漏电极之间的间隔；6)在沟道区域上制备栅介质；7)在栅介质上覆盖栅金属，从而完成碳纳米管FET器件的制备。本发明简化了器件制备步骤，改善了欧姆接触，综合提高了碳纳米管场效应晶体管的器件性能。

技术领域

本发明属于微电子技术领域。

背景技术

碳纳米管材料独特的一维量子输运特性使其拥有超高的本征载流子迁移率(可达100,000cm²/Vs)和饱和漂移速度(10⁷cm/s)，是实现射频器件的理想材料。碳纳米管具有可达几百微米的平均自由程，在室温下和可实现的器件沟道长度下，即可实现弹道输运，表现出载流子的高迁移率和饱和漂移速度。碳纳米管的准一维结构和纳米级的管径，使其本征电容极小，在工艺允许范围内，即可逼近量子电容极限，从而获得优异的栅控性能。基于碳纳米管的射频场效应晶体管，在实现高性能射频晶体管上具有巨大潜力。

器件结构和工艺过程对碳纳米管场效应晶体管的性能影响巨大。使用传统器件制造方案，碳纳米管在片上沉积后，会经历至少一次至多次的光刻或电子束刻写工艺过程，不可避免地直接接触到光刻胶、电子束刻写胶或沾染上其他杂质，以及接触到可能对碳纳米管造成损害的物质例如酸等。对于光刻胶等有机物来说，通常使用丙酮浸泡以及氧气等离子体刻蚀工艺去除，但是由于碳纳米管极细的结构，不能使用超声辅助等手段，并且氧气等离子体也会对碳纳米管造成损伤甚至刻蚀，因此光刻胶、电子束刻写胶或其他杂质等污染物极难去除干净，残留少量附着在碳纳米管的表面。另外带有强氧化性的酸会打破C-C键，在碳纳米管上引入缺陷。碳纳米管表面的杂质残留物、缺陷以及衬底效应等会显著损害碳纳米管场效应晶体管的性能，主要体现在：(1)杂质残留物存留在碳纳米管和源漏端接触金属电极之间，降低器件源/漏欧姆接触性能，导致器件寄生电阻增大，直接损害器件性能；(2)碳纳米管沟道上的杂质残留物和缺陷明显提高碳纳米管沟道内载流子散射几率，显著降低载流子迁移率。特别由于碳纳米管的准一维结构，只有一个原子层，载流子在碳纳米管管壁上传输时，比在传统体材料半导体内部传输更易受到界面杂质的散射，因此碳纳米管表面的杂质沾染或缺陷将导致器件沟道内载流子迁移率的明显降低，极大影响器件性能；(3)标准半导体器件制造工艺中辅助去胶的氧气等离子刻蚀方法、以及如硝酸等强氧化性物质对碳纳米管本身会造成损伤，增加碳纳米管的缺陷，沟道上的缺陷可成为载流子的散射中心，因此也导致载流子迁移率降低；(4)碳纳米管与衬底材料之间存在界面散射效应，并且同样由于碳纳米管的准一维结构，界面散射效应对碳纳米管沟道内载流子输运的影响比对传统体材料沟道的影响更为显著，引起载流子迁移率降低，器件综合性能退化。

发明内容

发明目的：为了解决背景中存在问题，本发明提供了一种通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法。

技术方案：本发明提供了一种通过腐蚀自对准工艺实现的碳纳米管晶体管器件制造方法，具体包括如下步骤：

步骤1：在衬底上设置碳纳米管薄膜；

步骤2：在碳纳米管薄膜上设置一层金属薄膜；

步骤3：在金属薄膜上划分出源极区域、漏极区域和沟道区域，并去除以上区域之外的金属薄膜和碳纳米管薄膜；

步骤4：在沟道区域上划分出栅极区域；

步骤5：采用金属腐蚀液对沟道区域的金属薄膜进行腐蚀，并同时通过腐蚀的侧腐效应，在栅极区域和源极区域之间，以及栅极区域和漏极区域之间形成间隔，作为栅极和源、漏电极之间的间隔；

步骤6：在沟道区域上制备栅介质，使得栅极区域完全被栅介质覆盖；