[發明專利]半導體器件及其制備方法

在審

• 申請號: 201711187584.8
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN108039373A
• 公開（公告）日: 2018-05-15
• 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;H01L29/51
• 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

本發明公開了一種半導體器件，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溝道層；位于柵極兩側的溝道層上的源漏電極；其中，柵極介電層至少由改性的第一二維晶體薄膜形成，溝道層由第二二維晶體薄膜形成。本發明能夠有效提高以二維晶體薄膜作為溝道層材料時溝道層的載流子遷移率。本發明還公開了一種能夠與現有的CMOS工藝兼容的半導體器件的制備方法。

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，涉及一種半導體器件及其制備方法。

背景技術

隨著半導體器件特征尺寸按摩爾定律持續地等比例縮小，芯片集成度不斷提高，傳統基于硅半導體的器件由于工藝極限和各種負面效應的存在，已很難再滿足器件和電路的性能及功耗要求。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。目前，已確認二維晶體材料可代替硅溝道來制備半導體器件和集成電路。

近幾年來，二維晶體材料制備晶體管技術發展迅猛。二維晶體材料通常是指具有單層二維蜂窩狀網格結構、有電子能帶隙和高的電子遷移率的材料。二維晶體材料一般包括：石墨烯，硅烯，磷烯，黑磷，鍺烯、錫烯、三嗪基石墨相氮化碳，過渡金屬二硫屬化物(TMD)等。采用二維晶體薄膜作為溝道的晶體管，其性能遠超現有的硅晶體管，因而將成為7nm以下最具前景的新型晶體管。

目前制備二維晶體材料晶體管的技術難點在于：雖然二維晶體材料的理論載流子遷移率很高，但在實際晶體管制備中發現，由于二維晶體材料與柵極介電層相接觸，柵極介電層材料中的-OH基團會在二維晶體材料表面誘導出正電荷，導致溝道載流子遷移率的劣化。

因此，需要設計一種以二維晶體材料作為溝道的新的半導體器件及其制備方法，來提高二維晶體薄膜溝道層的載流子遷移率。

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，提供一種半導體器件及其制備方法。

為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

本發明提供了一種半導體器件，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溝道層；

位于柵極兩側的溝道層上的源漏電極；

其中，所述柵極介電層至少由改性的第一二維晶體薄膜形成，所述溝道層由第二二維晶體薄膜形成。

優選地，所述改性的第一二維晶體薄膜為經氧化或氟化的第一二維晶體薄膜。

優選地，所述第一二維晶體薄膜和/或第二二維晶體薄膜材料為石墨烯，硅烯，磷烯，黑磷，鍺烯、錫烯、三嗪基石墨相氮化碳或過渡金屬二硫屬化物。

優選地，所述柵極至少由一種金屬材料形成。

優選地，所述柵極介電層還包括形成于柵極上表面的柵極金屬氧化物層或柵極金屬氟化物層。

優選地，還包括：鈍化層；所述鈍化層將溝道層的四周及上表面包覆，所述源漏電極位于鈍化層中。

優選地，還包括：層間介電層和半導體襯底；所述層間介電層連接設于鈍化層和溝道層下方，并將柵極的四周及下表面包覆，所述半導體襯底連接設于層間介電層下方。

本發明還提供了一種半導體器件的制備方法，包括以下步驟：

步驟S01：提供一表面具有層間介電層的半導體襯底，在所述層間介電層上形成一凹槽；

步驟S02：沉積柵極金屬材料，以在凹槽中形成金屬柵極；

步驟S03：在金屬柵極上自對準生長第一二維晶體薄膜；