[發明專利]一種基于二硫化錸的場效應管及其制造方法

在審

• 申請號: 202110561315.3
• 申請日: 2021-05-22
• 公開（公告）號: CN113437144A
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 趙桂娟;黃河源;邢樹安;呂秀睿;茆邦耀;劉貴鵬
• 申請（專利權）人: 蘭州大學
• 主分類號: H01L29/778
• 分類號: H01L29/778;H01L29/24;H01L29/423;H01L21/336
• 代理公司: 蘭州振華專利代理有限責任公司 62102
• 代理人: 張晉

本發明涉及一種基于二硫化錸的場效應管及其制造方法，包括襯底，所述襯底包括硅襯底和生長在所述硅襯底上的氧化層，所述氧化層上刻蝕有二硫化錸溝道，所述場效應管還包括生長在源漏接觸區的漏源電極、覆蓋所述二硫化錸溝道的柵氧化層以及位于硅襯底底部的金屬引線，所述柵氧化層上生長有柵電極，所述漏源電極包括依次位于所述氧化層之上的Cr電極和Au電極。本發明的場效應管具有較高的開關電流比，且有效降低了器件尺寸縮小帶來短溝道效應，同時頂柵和背柵的結構也有助于源漏電流的調控。

技術領域

本發明屬于集成電路領域，具體涉及一種基于二硫化錸的場效應管及其制造方法。

背景技術

隨著半導體集成電路的高速發展，集成電路特征尺寸已能夠減小到納米尺度，但進一步縮小器件的長度卻受工藝跟成本的嚴重限制。當尺寸突破某個節點后，器件的量子效應將變得不容忽視。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提出一種基于二硫化錸的場效應管及其制造方法。

本發明的一種基于二硫化錸的場效應管，包括襯底，所述襯底包括硅襯底和生長在所述硅襯底上的氧化層，所述氧化層上刻蝕有二硫化錸溝道，所述場效應管還包括生長在源漏接觸區的漏源電極、覆蓋所述二硫化錸溝道的柵氧化層以及位于硅襯底底部的金屬引線，所述柵氧化層上生長有柵電極，所述漏源電極包括依次位于所述氧化層之上的Cr電極和Au電極。

二硫化錸作為一種過渡金屬硫族化合物，具有出色的電學性能，電子遷移率和空穴遷移率分別為34.21cm²V^-1s^-1和33.04cm²V^-1s^-1。它作為一種直接帶隙半導體，帶隙數值不易受到外界應力的影響，體材料形式和單層材料形式的二硫化錸帶隙都維持在1.5eV。另外，二硫化錸具有獨特扭曲八面體晶體結構，其分子結構如圖1所示，該結構使其具有平面內各向異性的光電特性。由于這些獨特的性質，二硫化錸可以用來制造晶體管。

進一步，所述硅襯底為P型重摻雜，摻雜的類型為p型重摻雜摻雜(p+)，雜質可以是硼和/或鋁和/或銦。

進一步，所述硅襯底的摻雜濃度大于10¹⁹/cm^-3，且小于10²¹/cm^-3。

進一步，所述氧化層為厚度為50-300nm，所述柵氧化層的厚度為30-50nm，所述二硫化錸溝道的厚度為5-10nm，所述Cr電極的厚度為5-10nm，所述Au電極的厚度為80-100nm。所述氧化層厚度不宜過大，保證熱量更有效地擴散到硅襯底，以減小自升溫效應；同時又不宜過小，避免柵極泄漏電流增大。同樣的，該柵氧化層的厚度不宜過小，避免柵極泄漏電流增大。所述Cr電極和Au電極的厚度不宜太小，保證金屬電極與半導體(柵氧化層)之間形成良好的歐姆接觸。

本發明所述的基于二硫化錸的場效應管的制造方法，包括如下步驟：

1)準備生長有氧化層的重摻雜的硅襯底；

2)在襯底的氧化層上生長二硫化錸溝道；

3)在所述源漏接觸區生長漏源電極，采用電子束蒸發鍍膜，先后蒸鍍上Cr電極和Au電極；

4)通過ALD沉積覆蓋在所述二硫化錸溝道上的柵氧化層；

5)在所述柵氧化層上生長柵電極，柵電極為Au/Cr組合電極；

6)在所述硅襯底的底部焊接上金屬引線，最終制得基于二硫化錸的場效應管。

進一步，所述氧化層為二氧化硅，所述二硫化錸溝道通過光刻蝕方法得到。

進一步，所述柵氧化層為high-k電介質材料。