[發(fā)明專利]晶體管及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201911392800.1
• 申請日: 2019-12-30
• 公開（公告）號: CN113130657B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王欣鶴;張志剛;唐建石;高濱;吳華強(qiáng);錢鶴
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: H01L29/786
• 分類號: H01L29/786;H01L29/49;H01L21/336
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 彭久云;吳天

本發(fā)明提供一種晶體管及其制備方法。該晶體管包括：有源層、介質(zhì)層、偶極子種子層和柵極。介質(zhì)層設(shè)置在該有源層的表面上；偶極子種子層設(shè)置在該介質(zhì)層的遠(yuǎn)離該有源層的表面上；柵極設(shè)置在該偶極子種子層的遠(yuǎn)離該介質(zhì)層的表面上。根據(jù)本發(fā)明所提供的無結(jié)型場效應(yīng)晶體管具備減少泄漏電流，降低靜態(tài)功耗，提高器件性能的穩(wěn)定性的技術(shù)效果。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管及其制備方法。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的MOSFET在源與溝道以及漏與溝道之間包含兩個PN結(jié)。在不加?xùn)艍旱那闆r下，這兩個PN結(jié)保證MOSFET有效的關(guān)斷，同時當(dāng)柵壓超過閾值以后，溝道內(nèi)的反型載流子可以促使源漏導(dǎo)通。為形成源漏與溝道之間的PN結(jié)，需要對源漏和溝道進(jìn)行不同類型的摻雜，并在PN結(jié)附近形成極高的雜質(zhì)濃度梯度。在雜質(zhì)激活的過程中，源漏的雜質(zhì)將向溝道中擴(kuò)散，導(dǎo)致溝道有效尺寸的減小，以及隨機(jī)摻雜波動等各類負(fù)面效應(yīng)。為形成陡峭的PN結(jié)界面，需要采用快速退火等新技術(shù)激活雜質(zhì)。盡管如此，雜質(zhì)橫向擴(kuò)散效應(yīng)仍然難以避免。隨著集成電路工業(yè)在摩爾定律下的發(fā)展，器件尺寸逐漸縮小，當(dāng)溝道長度縮小至5nm及以下時，傳統(tǒng)MOSFET器件性能受源漏與溝道之間的PN結(jié)存在雜質(zhì)橫向擴(kuò)散的問題影響愈加明顯，已很難再通過優(yōu)化退火條件來改善器件特性，將影響器件的正常工作。因此需要開發(fā)具有提高的柵控能力的新型器件結(jié)構(gòu)以抑制短溝道等不良效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的實施例提供了一種無結(jié)型場效應(yīng)晶體管及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中有效調(diào)制無結(jié)型場效應(yīng)晶體管的有效功函數(shù)的問題。

本發(fā)明的至少一個方面提供了一種晶體管，包括：有源層；以及介質(zhì)層，設(shè)置在所述有源層的表面上；偶極子種子層，設(shè)置在所述介質(zhì)層的遠(yuǎn)離所述有源層的表面上；以及柵極，設(shè)置在所述偶極子種子層的遠(yuǎn)離所述介質(zhì)層的表面上。

在一個實施例中，所述有源層的材料包括硅。

在一個實施例中，所述介質(zhì)層的材料包括高K材料。

在一個實施例中，所述高K材料選自由以下材料構(gòu)成的集合中的至少一個：HfO、HfAlO、HfZrO。

在一個實施例中，所述偶極子種子層包括二維材料層。

在一個實施例中，所述二維材料層的二維材料選自由以下材料構(gòu)成的集合中的至少一個：MoS₂、WS₂、WSe₂、MoSe₂、石墨烯。

在一個實施例中，所述柵極的材料包括鎢(W)、銅(Cu)、鉬(Mo)、鉻(Cr)、銥(Ir)、鉑(Pt)或其合金中的至少一個。

在一個實施例中，所述偶極子種子層和所述柵極之間產(chǎn)生費(fèi)米能級釘扎，使得所述晶體管的有效功函數(shù)增加第一增量。

在一個實施例中，所述偶極子種子層和所述介質(zhì)層之間的界面中具有離子遷移并形成偶極子，使得所述晶體管的有效功函數(shù)增加第二增量。

在一個實施例中，所述晶體管的有效功函數(shù)的所述第一增量和所述第二增量之和的范圍為0.1eV-0.7eV。

在一個實施例中，所述偶極子種子層的厚度小于2nm。

在一個實施例中，所述有源層包括：溝道區(qū)域，包括彼此相對的第一側(cè)和第二側(cè)，其中，所述介質(zhì)層、所述偶極子種子層以及所述柵極設(shè)置在所述溝道區(qū)域之上；源極區(qū)域，設(shè)置在所述溝道區(qū)域的第一側(cè)；以及漏極區(qū)域，設(shè)置在所述溝道區(qū)域的第二側(cè)。

在一個實施例中，所述柵極包括至少兩個子?xùn)艠O。

在一個實施例中，所述介質(zhì)層、所述偶極子種子層以及所述柵極至少部分環(huán)繞所述溝道區(qū)域。

在一個實施例中，對所述源極區(qū)域、所述漏極區(qū)域以及所述溝道區(qū)域的摻雜為相同摻雜類型的重?fù)诫s。