[發明專利]半導體晶體管及其制備方法

在審

• 申請號: 202210633284.2
• 申請日: 2022-06-06
• 公開（公告）號: CN115050835A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 林艷霞;曹宇;張志勇
• 申請（專利權）人: 北京大學;北京元芯碳基集成電路研究院;北京華碳元芯電子科技有限責任公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/423;H01L29/417;H01L21/336;H01L29/10
• 代理公司: 北京庚致知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11807
• 代理人: 孫敬霞;韓德凱

本公開提供了一種半導體晶體管及其制備方法。本公開的一些實施例中，半導體晶體管，包括：襯底層、溝道層、源極、漏極和柵疊層結構，柵疊層結構包括柵介質層和位于柵介質層之上的柵極，柵介質層形成于溝道層之上，半導體晶體管還包括：低k側墻，低k側墻形成于溝道層之上的柵疊層結構兩側；源極與柵疊層結構一側的低k側墻接觸并同時與溝道層的端部和頂部接觸；漏極與柵疊層結構另一側的低k側墻接觸并同時與溝道層的端部和頂部接觸；其中，源極與溝道層頂部的接觸長度和漏極與溝道層頂部的接觸長度相同。本公開的半導體晶體管具有基于全面接觸方式的自對準結構，溝道層、柵疊層結構和源漏極的接觸區域高精度對準，能夠在縮減接觸長度的同時降低接觸電阻。

技術領域

本公開涉及一種半導體晶體管及其制備方法，本公開尤其涉及一種基于全面接觸方式的自對準半導體晶體管及其制備方法。

背景技術

半導體晶體管中的碳納米管等新型納米材料，通過與合適功函數的金屬接觸，來形成良好的歐姆接觸。目前，半導體晶體管普遍采用邊緣接觸(Side Contact)方式，即，半導體晶體管中接觸電極僅與碳納米管的頂部接觸。然而，該接觸方式在縮減接觸長度的同時，會導致接觸電阻迅速上升，這是半導體晶體管器件尺寸縮減中急需解決的問題。

采用全面接觸(Full Contact)方式的半導體晶體管，即，半導體晶體管中接觸電極與碳納米管的頂部、碳納米管的端部均接觸，接觸電阻相較于邊緣接觸方式明顯降低，接觸電阻與接觸長度依賴關系也明顯減小。圖1示出了采用邊緣接觸和全面接觸時接觸電阻(R_c)隨接觸長度(L_con)縮減而變化的示意圖。通過圖1可以明顯看出，采用全面接觸結構的半導體晶體管，接觸電阻在接觸長度縮減至30nm時，僅為207歐姆微米(Ω·μm)，這遠小于邊緣接觸的接觸電阻。顯然，基于全面接觸方式的晶體管結構，有利于同時實現小的接觸長度和小的接觸電阻，是晶體管尺寸極限縮減的優選器件結構。

基于全面接觸方式的半導體晶體管，在小尺寸晶體管制備過程中，需要保證接觸電極精確沉積在碳管接觸區域并且柵結構精確覆蓋在碳納米管上。也就是說，碳納米管、柵結構、接觸電極這三個區域需要實現高精度的套刻對準。

目前，普遍采用套刻工藝實現基于全面接觸方式的半導體晶體管，該套刻工藝包括刻蝕碳納米管、沉積源漏接觸金屬和制備柵結構，這三個步驟中的每個步驟都需要高精度的套刻。圖2示出了采用套刻工藝實現的基于全面接觸方式的半導體晶體管的結構示意圖。由圖2可看出，由于套刻出現偏差，導致半導體晶體管的源端接觸長度(即源極與溝道層頂部的接觸長度)遠小于漏端接觸長度(即漏極與溝道層頂部的接觸長度)，并且實際接觸長度不是預先設計的接觸長度，工藝可控性差。

由此可見，基于全面接觸方式的半導體晶體管實現難度較大，很容易出現套刻偏差，從而導致源端接觸長度與漏端接觸長度不一致、實際接觸長度不是預先設計的接觸長度等問題，器件性能均一性差，不利于規模生產。因此，需要一種基于全面接觸方式的自對準半導體晶體管及其制備方法。

發明內容

為了解決上述技術問題中的至少一個，本公開提供了一種半導體晶體管及其制備方法。

本公開的第一方面提供了一種半導體晶體管，包括：襯底層、溝道層、源極、漏極和柵疊層結構，所述溝道層、源極和漏極形成于所述襯底層之上，所述源極和漏極分別位于所述柵疊層結構兩側，所述柵疊層結構包括柵介質層和位于所述柵介質層之上的柵極，所述柵介質層形成于所述溝道層之上，所述半導體晶體管還包括：低k側墻，所述低k側墻形成于所述溝道層之上的所述柵疊層結構兩側；所述源極與所述柵疊層結構一側的低k側墻接觸并同時與所述溝道層的端部和頂部接觸；所述漏極與所述柵疊層結構另一側的低k側墻接觸并同時與所述溝道層的端部和頂部接觸；其中，所述源極與所述溝道層頂部的接觸長度和所述漏極與所述溝道層頂部的接觸長度相同。

本公開第一方面的一些可能的實施方式中，所述源極與所述溝道層頂部的接觸長度和所述漏極與所述溝道層頂部的接觸長度為10nm-500nm。