[發明專利]一種InSe晶體管及其制備方法

有效

• 申請號: 201710927704.7
• 申請日: 2017-10-09
• 公開（公告）號: CN107919400B
• 公開（公告）日: 2020-10-02
• 發明（設計）人: 鐘旻;陳壽面
• 申請（專利權）人: 上海集成電路研發中心有限公司
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/24;H01L29/06;H01L21/34
• 代理公司: 上海天辰知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31275
• 代理人: 吳世華;陳慧弘

本發明公開了一種InSe晶體管，包括：柵極；位于柵極上的柵極介電層；位于柵極介電層上的晶體生長襯底層；位于柵極上方的晶體生長襯底層上的InSe薄膜溝道層；圍繞InSe薄膜溝道層的InSe保護層，位于柵極兩側上方位置的InSe保護層中設有源漏區；位于InSe薄膜溝道層及InSe保護層上的鈍化層，鈍化層將InSe薄膜溝道層封閉以與外部隔絕。本發明能夠有效防止在晶體管制備工藝過程中易發生的InSe分解問題，并且能夠與現有的CMOS工藝兼容，制備工藝簡單可行，可方便制備出小尺寸、大規模的InSe晶體管陣列。本發明還公開了一種InSe晶體管的制備方法。

技術領域

本發明涉及半導體集成電路制造工藝技術領域，更具體地，涉及一種InSe晶體管及其制備方法。

背景技術

隨著半導體器件特征尺寸按摩爾定律等比縮小，芯片集成度不斷提高，傳統基于硅半導體器件由于工藝極限和各種負面效應，已很難再滿足器件和電路的性能和功耗要求。國內外各大科研機構和半導體制造商紛紛研究各種新材料及新器件結構，以期取代現有的硅半導體器件。

近年來，石墨烯因其超高的電子遷移率(可達200000cm²/Vs)成為研究的熱點，但是由于石墨烯不具備帶隙(bandgap)，使得它在類似于晶體管的應用上前景黯淡。

2016年10月，石墨烯之父Andre Geim(安德烈·海姆)在《NatureNanotechnology》(《自然納米科技》)上發表論文，首次制備出微米級圖形尺寸的二維InSe(硒化銦)薄膜晶體管，并發現當硒化銦薄膜只有幾層原子的厚度時，其性能大幅優于硅的電子屬性。

跟石墨烯不同，硒化銦的能隙相當大，具有很好的開關特性。因此，采用硒化銦作為溝道制作的晶體管來代替現有的硅晶體管，將成為未來制備超高速、高性能半導體器件的一種選擇。

目前，制備InSe薄膜晶體管的技術難點有兩個：

1)InSe薄膜化學性質不穩定，很容易被空氣中的氧氣和水氣分解，對晶體管制備工藝要求很高。

2)InSe薄膜的制備必須在特定的襯底上，其工藝與常規的CMOS工藝不兼容，很難制備出小尺寸、大規模的InSe晶體管陣列。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種InSe晶體管及其制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種InSe晶體管，自下而上包括：

柵極；

位于柵極上的柵極介電層；

位于柵極介電層上的晶體生長襯底層；

位于柵極上方的晶體生長襯底層上的InSe薄膜溝道層；

圍繞InSe薄膜溝道層的InSe保護層，位于柵極兩側上方位置的所述InSe保護層中設有源漏區；

位于InSe薄膜溝道層及InSe保護層上的鈍化層，所述鈍化層將InSe薄膜溝道層封閉以與外部隔絕。

優選地，還包括：位于源漏區上的源漏電極，位于晶體生長襯底層以下的層間介電層，以及位于層間介電層以下的半導體襯底；所述柵極和柵極上的柵極介電層位于層間介電層中。

優選地，所述柵極采用具有被氧化特性的金屬材料形成，所述柵極介電層采用柵極的金屬氧化物形成；所述晶體生長襯底層采用h-BN、β-Si₃N₄、SiC中的任意一種材料形成。

優選地，所述InSe薄膜溝道層中的InSe薄膜原子層厚度為3-15層。

優選地，所述InSe保護層采用具有被摻雜特性的二維晶體材料形成。