[发明专利]一种双栅鳍型场效应晶体管及其制造方法

说明书

技术领域

本发明是涉及半导体技术领域，更确切的说，本发明涉及一种双栅鳍型场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

石墨烯源自石墨，其在室温下的载流子迁移率较硅材料快100倍，但同时由于其是零带隙的半导体，即其价带和导带之间不存在能隙，所以如用该材料制造半导体，那么零带隙意味着石墨烯材料半导体的电流开关控制不能。现有技术中提出的对该问题的解决方案包括：使用纳米带、量子点或化学方法来改变石墨烯材料本身使其具有半导体的性质。这些方法大体上能解决上述问题，但是利用这些方法来在石墨烯材料上打开一个带隙同样也会给材料造成极大损坏以致利用该材料形成的器件不再具有弹道传输或高电子迁移的特点。

虽然也有用石墨烯制造半导体器件的进一步尝试，例如制造包括多个夹在石墨烯层间的氮化硼层或二硫化钼层的半导体器件。即使能够在石墨烯材料保持高电子迁移特点的同时打开带隙，在把石墨烯材料运用到半导体器件制造的过程也存在着以下的问题：通常的，石墨烯层是从天然石墨结晶或从用CVD的方法在Cu上生长的石墨烯上片状剥落的，然后把该剥落的石墨烯层转移到S i衬底上的氧化层上的。使用该方法形成石墨烯层存在着厚度不易控制，测量困难，和成品率不高等缺点。除此之外，现有技术中石墨烯半导体的只具有一个顶接触的结构也会对器件的性能造成限制。

而在目前的半导体制造工艺中没有方法来克服上述问题。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供一种双栅鳍型场效应晶体管及其制造方法。

一方面，本发明的双栅鳍型场效应晶体管包括：底部栅极;在所述底部栅极上形成的第一介电层；位于所述第一介电层顶部的两个底部接触；在所述第一介电层和所述底部接触上形成的鳍型可调沟道层；在所述鳍型可调沟道层上与所述两个底部接触对应的位置处形成的源极和漏极；在所述鳍型可调沟道层上、所述源极和漏极之间形成的绝缘体；在所述绝缘体上形成的第二介电层；在所述第二介电层上形成的顶部栅极。

进一步，所述可调沟道层包括石墨烯层；所述可调沟道层层是悬浮的；所述绝缘体为拓扑绝缘体；所述第一介电层的材料为氧化硅；所述顶部栅极、源极和漏极的材料是Ni；所述底部栅极的材料是掺杂Si；所述第二介电层的材料是Al2O3；所述底部接触的材料为Ti、Pd或Au。

另一方面，本发明的形成双栅鳍型场效应晶体管的方法，包括：提供底部栅极；在所述底部栅极上形成第一介电层；在所述第一介电层的顶部形成两个与源漏极对应的底部接触；在所述第一介电层和所述底部接触上形成鳍型可调沟道层；在所述鳍型可调沟道层上与所述两个底部接触对应的位置处形成源极和漏极；在所述鳍型可调沟道层上、所述源极和漏极之间形成绝缘体；在所述绝缘体上形成第二介电层；在所述第二介电层上形成顶部栅极。

进一步，所述绝缘体为拓扑绝缘体；所述可调沟道层包括石墨烯层；形成所述可调沟道层的步骤包括：在所述第一介电层和所述底部接触上形成Cu层，在所述Cu层上形成所述石墨烯层，去除所述Cu层；还包括在形成所述源漏极之后部分去除所述第一介电层以形成悬浮悬浮的可调沟道层的步骤；在所述Cu层上形成石墨烯层的方法是CVD；其中采用去湿和蒸发的方法去除所述Cu层；形成所述拓扑绝缘层的方法是分子束外延的方法；所述在第一介电层和所述底部接触上形成Cu层的步骤包括：在所述第一介电层和所述底部接触上形成Cu3N层，在还原气体中退火所述Cu3N层形成Cu；其中所述还原气体是H2；其中采用湿法刻蚀去除所述部分第一介电层；其中所述形成第二介电层的方法是ALD的方法；其中所述第一介电层的材料为氧化硅；所述顶部栅极、源极和漏极的材料是N i；所述底部栅极的材料是掺杂S i；所述第二介电层的材料是Al2O3；所述底部接触的材料为T i、Pd或Au；在所述第一介电层的顶部形成两个与源漏极对应的底部接触的步骤包括：在所述第一介电层的顶部与源漏极对应的位置处形成沟槽，在所述沟槽中填充金属以形成所述底部接触。

由于本发明的双栅鳍型场效应晶体管的结构，其在欠缺驱动电流的时候，也可以在很好地进行开与关的转换。一方面双栅结构可以提供更大的沟道电荷控制能力，从而产生更快的驱动电流并减小短沟道效应。另一方面由于本发明的半导体制造方法很好的解决了保持石墨烯材料超导特性的同时打开其带隙的技术问题。所制造的半导体器件具有可调的沟道层，即可以很好的对器件的开关进行控制。并且由于在石墨烯半导体器件的结构中增加了与源极和漏极对应的底部接触，还可以进一步的改善器件的接触电阻等性能。

附图说明