[发明专利]复合沟道晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合沟道晶体管，包括：位于半导体衬底上的层间介电层；位于层间介电层中的栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；位于复合沟道层两端的源漏区；位于层间介电层上并将复合沟道层的四周及上表面包覆的钝化层；位于钝化层中并连接源漏区的源漏电极。本发明选用具有高迁移率的石墨烯和具有可调带隙的有机薄膜共同形成复合沟道层，能有效解决石墨烯没有带隙和有机薄膜晶体管迁移率低的问题，制备出具有高迁移率的复合沟道晶体管，并能与现有的CMOS工艺兼容，制备工艺简单可行，可方便地制备出小尺寸、大规模的复合沟道晶体管阵列。本发明还公开了一种复合沟道晶体管的制备方法。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种复合沟道晶体管及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比例缩小，芯片集成度不断提高，传统基于硅半导体器件由于工艺极限和各种负面效应，已很难再满足器件和电路的性能和功耗要求。国内外各大科研机构和半导体制造商纷纷研究各种新材料及新器件结构，以期取代现有的硅半导体器件。

近年来，石墨烯因其超高的电子迁移率(可达200000cm²/Vs)成为研究的热点，但是由于石墨烯不具备带隙(bandgap)，使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。

另一方面,随着有机导电聚合物的发展，针对无机场效应管的绝缘层、半导体和栅极，都开始有人尝试用有机物来进行替代，从而发展成一种新型的有机薄膜场效应晶体管。与无机薄膜场效应晶体管相比，有机薄膜场效应晶体管具有下述主要优点：

(1)有机薄膜的成膜技术更多、更新(如分子自组装技术)，器件的尺寸能做得更小(分子尺度)，集成度更高，并可有效降低操作功率。

(2)有机场效应管的制作工艺也更为简单(它并不要求严格地控制气氛条件和苛刻的纯度要求)，因而能有效地降低器件的成本。

(3)有机薄膜通过对有机分子的结构进行调整和修饰，可以调节其带隙的大小。

但是，大多数有机材料因其迁移率都很小，从而其导电性并不尽如人意。因此，如何利用石墨烯和有机薄膜各自的优点，制备出高迁移率的复合沟道晶体管，并能和CMOS工艺兼容，是急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种复合沟道晶体管及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种复合沟道晶体管，自下而上包括：

位于半导体衬底上的层间介电层；

位于层间介电层中的栅极；

位于栅极上的栅极介电层；

位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；

位于复合沟道层两端的源漏区；

位于层间介电层上的钝化层，所述钝化层将复合沟道层的四周及上表面包覆；

位于钝化层中的源漏电极，所述源漏电极连接源漏区；

其中，所述复合沟道层为至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层。

优选地，所述有机薄膜材料为并苯、低聚噻吩、二萘嵌苯、萘、蒽、红荧烯、TTF衍生物中的至少一种。所述栅极材料为金属、多晶硅和导电聚合物中的至少一种。所述栅极介电层材料为SiO₂、SiN、SiON、高k介电材料、金属氧化物和有机绝缘材料中的至少一种。

优选地，所述源漏区通过对栅极两侧的层间介电层上方的石墨烯薄膜掺杂而形成。