[发明专利]隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法，包括：位于衬底上的绝缘层；位于绝缘层上的栅极；位于栅极两侧并且位于绝缘层上的源区接触和漏区接触；碳纳米管，被栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过栅极并且由源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的具有第一导电类型的第一部分和漏区接触侧的具有第二导电类型的第二部分；源区接触和栅极通过碳纳米管的第一部分间隔开，漏区接触和栅极通过碳纳米管的第二部分间隔开。该隧穿碳纳米管场效应晶体管是一种新型器件，能够降低工作电压，使其适用于CMOS技术和超大规模集成电路。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种隧穿碳纳米管场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

根据摩尔定律，集成电路上的器件尺寸每两年减小将近一半。自20世纪后期以来，器件的尺寸减小已经成为技术进步的驱动力。然而，正如ITRS(International TechnologyRoadmap for Semiconductors，国际半导体技术蓝图)2009年版中所指出的，当临界尺寸缩小到亚22nm范围内时，器件尺寸的进一步减小将面临关于制造工艺和器件性能的限制。这些限制包括从短沟道和薄绝缘膜隧穿的电子、相关联的泄漏电流、无源功率消耗、短沟道效应、以及器件结构和掺杂的变化等等。通过采用单个碳纳米管或者碳纳米管阵列代替传统体MOSFET结构的沟道材料，可以在一定程度上克服上述限制并且进一步缩小器件尺度。

最近报道了在理想的全包围栅极结构中，具有自对准栅极的碳纳米管场效应晶体管(Carbon Nano Tube Field Effect Transistor,CNTFET)尺寸已经降到了20nm。包围碳纳米管沟道的栅极的均匀性得到了巩固，并且这样的工艺也没有造成对碳纳米管的损害。

现有技术中公开了一种平面型结构的碳纳米管场效应晶体管，该平面型结构的碳纳米管场效应晶体管可以在基底中形成栅极，在栅极上方形成碳纳米管，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。另外，现有技术中还公开了一种包围型结构的碳纳米场效应晶体管，该包围型结构的碳纳米场效应晶体管可以在基底中形成沟槽，在沟槽上形成碳纳米管，在沟槽中包围碳纳米管形成栅极，以及分别在碳纳米管的两端且在基底上形成源极和漏极。

然而现有技术中的碳纳米管场效应晶体管的工作电压较高，耗能大，还不适用于CMOS技术和超大规模集成电路。而设计较好的隧穿碳纳米管场效应晶体管能够使未来的超大规模集成电路工作在0.1V的电压处并且具有亚60mV/decade的亚阈值振荡特性。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，该隧穿碳纳米管场效应晶体管能够降低工作电压，使其适用于CMOS技术和超大规模集成电路。

根据本发明的第一方面，提供一种隧穿碳纳米管场效应晶体管，包括：

位于衬底上的绝缘层；

位于所述绝缘层上的栅极；

位于所述栅极两侧并且位于所述绝缘层上的源区接触和漏区接触；

碳纳米管，被所述栅极包围，所述碳纳米管延伸穿过所述栅极并且由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，所述碳纳米管包括源区接触侧的第一部分和漏区接触侧的第二部分；

其中所述源区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第一部分间隔开，所述漏区接触和所述栅极通过所述碳纳米管的第二部分间隔开。

优选地，其中所述碳纳米管具有1-3纳米的直径。

优选地，其中所述碳纳米管由所述源区接触、栅极和漏区接触支撑，并距离所述绝缘层1-7纳米。

优选地，其中所述源区接触、栅极和漏区接触各自具有包围所述碳纳米管的具有圆形横截面的第一部分和位于所述绝缘层上的第二部分。