CN103101898B

CN103101898B - 金属性纳米管去除方法

Info

Publication number: CN103101898B
Application number: CN201110354410.2A
Authority: CN
Inventors: 朱慧珑; 骆志炯; 尹海洲
Original assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Current assignee: Institute of Microelectronics of CAS
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2015-05-20
Anticipated expiration: 2031-11-10
Also published as: WO2013067720A1; CN103101898A

Abstract

本申请公开了一种金属性纳米管去除方法，其中金属性纳米管沿第一方向形成于衬底上。该方法包括：沿与第一方向交叉的第二方向，形成多个导体，所述导体与所述金属性纳米管电接触；在所述导体上形成至少两个电压施加电极，每一电压施加电极与数目至少为一个的相应一部分导体形成电接触；以及通过电压施加电极，向导体施加电压，其中，在被施加有电压的导体中，每两个相邻导体之间建立电势差，以烧毁金属性纳米管。

Description

金属性纳米管去除方法

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，更具体地，涉及一种在半导体纳米管和金属性纳米管的混合体中去除金属性纳米管的方法。

背景技术

碳纳米管场效应晶体管(CNFET)由于其功率和性能优点而受到越来越多的关注。然而，当前的碳纳米管(CNT)生长技术会得到金属性CNT(m-CNT)和半导体CNT(s-CNT)的混合体。m-CNT会在CNFET中造成源漏短路，导致过大的漏电流和高度退化的噪声容限(noise margin)。因此，有必要在CNT生长之后去除m-CNT。

现有的m-CNT去除技术包括CNT分拣(sorting)、选择性化学刻蚀、单器件电击穿(SDB)和VLSI(超大规模集成电路)兼容金属性CNT去除(VMR)等。但是，其中一些现有技术并不能去除足够多的m-CNT。有一些技术还会带来限制。例如，CNT分拣技术会带来径向CNT对准的限制，选择性化学刻蚀技术会带来窄CNT直径分布的限制。SDB技术能够实现几乎100％的m-CNT去除，但是并不是VLSI兼容的。VMR技术是VLSI兼容的技术，但是在应用于全晶片级时会导致高达200％的面积代价(area penalty)。

有鉴于此，需要提供一种新颖的金属性纳米管去除方法，用以有效去除金属性纳米管，特别是在不导致面积代价的同时，能够在全晶片级快速去除金属性纳米管。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属性纳米管去除方法，以至少部分克服上述现有技术中的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种去除金属性纳米管的方法，所述金属性纳米管沿第一方向形成于衬底上。该方法可以包括：沿与第一方向交叉的第二方向，形成多个导体，所述导体与所述金属性纳米管电接触；在所述导体上形成至少两个电压施加电极，每一电压施加电极与数目至少为一个的相应一部分导体形成电接触；以及通过电压施加电极，向导体施加电压，其中，在被施加有电压的导体中，每两个相邻导体之间建立电势差，以烧毁金属性纳米管。

根据本发明，通过在导体之间建立足够大的电势差，以使得相对大的电流流过金属性纳米管以将之烧毁。这样，可以有效去除金属性纳米管，而无需额外的面积代价。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的形成于衬底上的纳米管(包括半导体纳米管和金属性纳米管)的示意图；

图2示出了根据本发明实施例在衬底上形成导体的示意图；

图3示出了根据本发明实施例在导体上形成电压施加电极的示意图；

图4示出了根据本发明另一实施例在衬底上形成导体、且在导体上形成电压施加电极的示意图；

图5-6示出了根据本发明实施例在导体上形成绝缘层、并在绝缘层上形成电压施加电极的示意图；

图7示出了根据本发明实施例在衬底上去除了金属性纳米管的示意图；以及

图8-9示出了根据本发明其他实施例的形成不同形式电压施加电极的示意图。

具体实施方式

以下，通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

在附图中示出了根据本发明实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差。

如图1所示，在衬底1000(例如，体Si衬底或者Si晶片)上淀积氧化物层(未示出)并在氧化物层上生长沿第一方向(图1中示出为竖直方向)延伸的纳米管。纳米管可以包括半导体纳米管1001S和金属性纳米管1001M。这种纳米管的生长本身对于本领域技术人员而言是公知的，在此不再赘述。这里需要指出的是，金属性纳米管1001M的出现和分布可以是随机的。

然后，如图2所示，沿与第一方向交叉(例如，垂直)的第二方向(图2中示出为水平方向)，形成多个导体1002。这些导体1002与之下的纳米管特别是金属性纳米管1001M形成电接触。导体1002例如由选自Pd、Pt、TiN、Cu、Al和Ag中的任一个或任意多个的组合制成。例如，导体1002可以通过在图1所示的结构上淀积一导体材料层并对该导体材料层进行构图来形成。

为制作方便起见，将导体1002形成为如图2所示的平行的条形导体，且每一导体1002横跨所有纳米管(因此，每一导体1002沿水平方向与各金属性纳米管1001M分别形成电接触)。但是，导体1002的设置并不局限于图2所示的设置。例如，导体1002的形状不限于条形，而是可以是任何其他合适的形状。每一导体1002沿水平方向的长度也不一定覆盖所有纳米管，而是可以仅覆盖一部分纳米管(特别是金属性纳米管)并与之形成电接触，这将在以下予以描述。

接下来，如图3所示，在导体1002上形成电压施加电极1004a、1004b。在图3所示的示例中，电压施加电极1004a与最上方的导体1002形成电接触，而电压施加电极1004b与最下方的导体1002形成电接触。于是，例如可以通过向电压施加电极1004a施加正电压而向电压施加电极1004b施加负电压，在最上方的导体和最下方的导体之间建立电势差；反之亦然。

由于最上方和最下方的导体1002之间所建立的电势差，金属性纳米管1001M处于这两个导体1002之间的部分中流过电流。控制所施加的电压并因此控制这两个导体1002之间电势差的大小，使得金属性纳米管1001M中流过的电流足以烧毁金属性纳米管1001M。结果，有效地去除了金属性纳米管1001M。

在图3所示的示例中，仅最上方和最下方的导体1002与电压施加电极1004a、1004b相接触从而被施加有电压，而其他导体1002并未被施加电压。但是，本发明并不局限于此，而是可以向更多的导体1002施加电压。根据本发明的实施例，可以通过在两个相邻的施加有电压的导体之间建立电势差时，使电流流经并因此烧毁这两个导体之间的金属性纳米管部分。

这里需要注意的是，所谓的“正”、“负”电压是相对定义的，并非它们的值一定是正值或负值。例如，两个彼此不同的电压，较大的电压可称作“正”电压，而较小的电压可称作“负”电压。另外，“相邻的施加有电压的导体”、“被施加有电压的导体中相邻的导体”或类似的表述是指仅考虑被施加有电压的导体时彼此“相邻”的导体。例如，在图3所示的示例中，仅考虑被施加有电压的导体(即，最上方的导体和最下方的导体)时，由于中间的导体没有被施加电压因此没有考虑，因此最上方的导体和最下方的导体就成为“相邻”的导体。

在图3所示的示例中，仅形成了两个电压施加电极。但是，本发明并不局限于此，而是可以形成更多的电压施加电极。在图4中示出了形成4个电压施加电极的示例。此外，在图4的示例中，最上方和最下方的导体沿水平方向的长度并未覆盖所有纳米管。

这里需要指出的是，在本申请中，为了说明的方便，在图4的单一示例中示出了多于两个电压施加电极以及导体沿水平方向未覆盖所有纳米管这两个特征的组合。但是，本领域技术人员理解，这两个特征并非一定要结合在同一实施例中，而是可以分别出现在不同的实施例中。

在图3所示的示例中，考虑到导体1002以及金属性纳米管1001M上的压降，在距离电压施加电极1004a、1004b较远的位置处，可能所建立的电势差将减小从而金属性纳米管中的电流密度将减小。为此，可以考虑增加电压施加电极与导体之间的接触数目，以避免这种电流密度的减小。

在电压施加电极与导体之间的接触数目较多的情况下，为了正确施加电压，可以在导体层与电压施加电极层之间形成绝缘层，并通过对绝缘层进行构图来在导体与电压时间电极之间形成电接触。当然，这种绝缘层也可以结合在图3或图4所示的示例中。

例如，参见图5，在图2所示的结构上形成一绝缘层如氮化物层、氧化物层或氮氧化物层(图中未示出)，并对该绝缘层进行构图，以在特定位置处露出导体1002。具体地，如图5所示(图中为清楚起见，并没有示出绝缘层)，选择两个不相交迭的区域：第一区域A1和第二区域A2。在第一区域A1中，对绝缘层进行构图，使得沿第一方向偶数编号的导体1002(图中从上至下的第2、4、6导体)的至少一部分(图中以黑色示出的部分1003)露出；而在第二区域A2中，对绝缘层进行构图，使得沿第一方向奇数编号的导体1002(图中从上至下的第1、3、5导体)的至少一部分(图中以黑色示出的部分1003)露出。

然后，如图6所示，可以在第一区域A1和第二区域A2分别形成电压施加电极1004a和1004b。在第一区域A1中，电压施加电极1004a与偶数编号的导体1002的露出部分形成电接触；而在第二区域A2中，电压施加电极1004b与奇数编号的导体1002的露出部分形成电接触。

于是，例如可以通过向电压施加电极1004a施加正电压而向电压施加电极1004b施加负电压，在偶数编号的导体和奇数编号的导体之间建立电势差；反之亦然。这样，在任何相邻的两个导体1002之间建立了电势差。

由于相邻的导体1002之间所建立的电势差，金属性纳米管1001M处于每一对相邻导体1002之间的部分中流过电流。控制所施加的电压并因此控制相邻导体之间电势差的大小，使得金属性纳米管1001M中流过的电流足以烧毁金属性纳米管1001M。结果，有效地去除了金属性纳米管1001M。

最后，如图7所示，去除电压施加电极1004a和1004b、绝缘层和导体1002。这种去除例如可以通过选择性刻蚀来完成。结果，在衬底1000上仅存在半导体纳米管1001S，而金属性纳米管1001M已经被烧毁。

在图6所示的示例中，每一导体仅与一个电压施加电极形成电接触。为进一步增加金属性纳米管中的电流密度，每一导体可以与更多电压施加电极形成电接触。例如，如图8所示，第一区域A1和第二区域A2可以沿第二方向交替设置。通过在第一区域A1和第二区域A2中形成电压施加电极，可以使得每一导体1002与两个电压施加电极形成电接触。当然，本领域技术人员知道，可以形成更多的电压施加电极，并因此形成更多的电接触。

在图8中，为清楚起见，并没有示出在第一区域A1和第二区域A2中形成的电压施加电极。另外，尽管在图8中将第一区域A1和第二区域A2示出为彼此邻接，但是相邻的第一区域A1和第二区域A2之间可以存在一定的距离。

根据本发明的实施例，通过在导体1002之间建立足够大的电势差，以使得相对大的电流流过金属性纳米管1001M以将之烧毁。这样，可以有效去除金属性纳米管，而无需额外的面积代价。另外，为了更为有效去除金属性纳米管，相距最远的两个被施加电压的导体之间的距离(即，图中最上侧的被施加有电压的导体与最下侧的被施加有电压的导体之间的距离)可以覆盖金属性纳米管的主体部分，从而使得该主体部分中均能流过电流并因此烧毁。

根据本发明的实施例可以看到，在(通过电压施加电极)被施加有电压的导体1002中，如果每两个相邻导体被施加有不同的电压(即，与不同的电压施加电极相连)，从而在这两个相邻导体之间建立电势差，则可以使电流流过并因此烧毁这两个导体之间的金属性纳米管部分。只要能建立这种电势差，则可以任意选择电压施加电极的具体形状以及它们的排列。

图9中示出了这样一个示例，其中第一区域A1包括子区域A1-1和A1-2，第二区域A2包括子区域A2-1和A2-2。每一个区域的子区域没有覆盖连续的面积。通过在每一子区域分别形成电压施加电极(未示出)并施加相应电压，同样可以实现本发明的方法。尽管在图9中示出了每一区域仅包括两个子区域，但是显然每一区域可以包括更多子区域，两个区域也可以分别包括不同数目的子区域，或者一个区域如以上实施例中那样覆盖连续区域而另一区域包括若干子区域。另外，各子区域之间也不必如图9所示那样沿第二方向彼此邻接。

在以上的描述中，对于构图、刻蚀等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过现有技术中的各种手段，来形成所需形状的层、区域等。

以上参照本发明的实施例对本发明予以了说明。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。

Claims

1.一种去除金属性纳米管的方法，所述金属性纳米管沿第一方向形成于衬底上，该方法包括：

沿与第一方向交叉的第二方向，形成多个导体，所述导体与所述金属性纳米管电接触；

形成绝缘层，以覆盖所述导体；

对所述绝缘层进行构图，以在第一区域中露出所述多个导体中沿第一方向偶数编号的第一导体的至少一部分，且在不同于第一区域的第二区域中露出所述多个导体中沿第一方向奇数编号的第二导体的至少一部分；

在第一区域中在所述绝缘层上形成第一电压施加电极且在第二区域中在所述绝缘层上形成第二电压施加电极，从而第一电压施加电极经由构图的绝缘层与第一导体电接触，且第二电压施加电极经由构图的绝缘层与第二导体电接触；以及

分别向第一和第二电压施加电极施加不同的电压，以烧毁金属性纳米管；以及

去除所述电压施加电极、所述绝缘层和所述导体。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过电压施加电极分别被施加有电压的导体中：

每一导体与至少一个电压施加电极形成电接触，以及

每两个相邻导体与不同电压施加电极形成电接触。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导体由选自Pd、Pt、TiN、Cu、Al和Ag中的任一个或任意多个的组合制成。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述绝缘层包括氮化物、氧化物或氮氧化物。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电压施加电极由选自Pd、Pt、TiN、Cu、Al和Ag中的任一个或任意多个的组合制成。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一和第二电压施加电极沿第二方向彼此相邻设置。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，衬底上包括多个金属性纳米管，以及

每一导体与所述多个金属性纳米管均形成电接触。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，在通过电压施加电极分别被施加有电压的导体中，相距最远的两个导体之间的距离覆盖金属性纳米管的主体部分。