[發明專利]一種半導體結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201310286637.7
• 申請日: 2013-07-09
• 公開（公告）號: CN104282625B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 鐘匯才;梁擎擎;朱慧瓏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/8234
• 分類號: H01L21/8234;H01L21/336;H01L29/786
• 代理公司: 北京漢昊知識產權代理事務所(普通合伙)11370
• 代理人: 朱海波

技術領域

本發明涉及半導體結構的制造領域，尤其涉及一種半導體結構及其制造方法。

背景技術

隨著傳統硅基晶體管的尺寸逐漸微型化到分子尺度，在納米級的輸運結方面已經進行了大量的研究工作，期望能夠對單個或幾個有機分子的電學性質進行表征。在納米電子和分子電子學領域的最終目標是獲得單分子或單原子晶體管。原則上，單分子尺度的晶體管器件能夠克服半導體材料的低載流子濃度缺陷，而表現出很好的場效應晶體管性質。為實現這一終極目標，至關重要的是制備新材料、研制新型器件結構及為獲得高載流子遷移率和高柵效率而進行的參數優化新方法。目前，石墨烯由于其獨特的性質及維度，已被廣泛用于先進CMOS器件的研究中，用作溝道層、源/漏區接觸以及柵電極的接觸材料。

日本國家高級工業科技研究院的Tetsuya Morishita等人在文獻“Formation of single-and double-layer silicon in slit pores”（Physical review B77，081401R2008）中采用淬火冷卻液態硅的方法獲得在納米狹孔中獲得了準二維的硅納米片晶，即單原子層或雙原子層的硅納米片。不同于體硅晶體的金剛石立方結構，單原子層硅呈現與石墨烯類似的平面六角形結構，雙原子層硅形成六方金剛石結構。單原子層硅/雙原子層硅具有類似石墨烯的物理及電學特性，其在場效應晶體管中的研究還鮮有報道。

發明內容

本發明的目的在于提供一種半導體結構的制造方法，采用單原子層或雙原子層硅作為場效應晶體管的溝道層，制作新型的納米場效應器件。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種制造半導體結構的方法，該方法包括：

a）提供半導體襯底，所述襯底上有絕緣層，在所述絕緣層上有單原子層或雙原子層硅溝道層；

b）對所述的單原子層或雙原子層硅溝道層進行圖形化，形成各個場效應晶體管對應的溝道區；

c）在所述溝道層邊緣處和絕緣層上形成源/漏區；

d）在所述溝道層上形成柵介質和柵極。

相應地，本發明還提供了一種半導體結構，該半導體結構包括襯底、絕緣層、溝道層、源/漏區、柵介質和柵極，其中：

所述絕緣層位于所述襯底之上；

所述溝道層位于所述絕緣層之上，并在邊緣處與所述源/漏區相接；

所述溝道層的材料為單原子層硅或雙原子層硅；

所述柵介質位于所述溝道層之上，所述柵極位于所述柵介質之上。

采用本發明提供的半導體結構及其制造方法，可以得到一種新型的納米級場效應晶體管器件，可以在納米級實現宏觀場效應晶體管器件的所有功能，如高遷移率和高開關比，大大縮小了器件的尺寸。由于器件中的溝道層為單原子層或雙原子層硅，可以與現有的硅基半導體加工工藝技術很好的兼容。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯：

圖1是根據本發明的半導體結構的制造方法的具體實施方式的流程圖；

圖2至圖5是根據圖1示出的方法制造半導體結構過程中該半導體結構在各個制造階段的剖視結構示意圖；

附圖中相同或相似的附圖標記代表相同或相似的部件。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明的實施例作詳細描述。

下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。

下文的公開提供了許多不同的實施例或例子用來實現本發明的不同結構。為了簡化本發明的公開，下文中對特定例子的部件和設置進行描述。當然，它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本發明。此外，本發明可以在不同例子中重復參考數字和/或字母。這種重復是為了簡化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實施例和/或設置之間的關系。此外，本發明提供了的各種特定的工藝和材料的例子，但是本領域普通技術人員可以意識到其他工藝的可應用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結構可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。