[发明专利]一种二硫化钼隧穿晶体管及其制备方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，具体为一种二硫化钼隧穿晶体管及其制备方法。本发明隧穿晶体管以二硫化钼薄膜线条作为隧穿晶体管的沟道；源漏电极形成在所述沟道两侧，与所述二硫化钼薄膜线条形成肖特基接触；顶栅介质层采用高K材料，形成在所述沟道区上并覆盖所述源漏电极。本发明通过原子层沉积工艺生长二硫化钼并在硫氛围下进行高温退火，材料性能得到极大提升，在此基础上制备的顶栅晶体管，开关比在10⁴以上，迁移率可达到10以上。本发明工艺更加安全，并且有效降低了原材料成本，能够满足大规模生产的需要。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种二硫化钼隧穿晶体管及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸的进一步等比例缩小，传统的半导体器件将达到尺寸的极限。为进一步提高器件的性能，技术人员开始对新结构、新材料、新工艺进行积极的探索。

近年来，二维半导体材料凭借其新颖的物理化学性质成为一个全球科学研究热点。2010年，物理诺贝尔奖涉及的石墨烯就是一种只有原子厚度的二维导电材料，其在各个领域的研究和应用至今方兴未艾。随着石墨烯的发现，过渡金属硫族化物（二硫化钼，二硫化钨，二硒化钨等），黑磷等二维材料由于结构与石墨烯类似，又重新成为研究焦点。其中，过渡金属硫族化物凭借出色的环境适应性，易使用、易制备性得到极大关注和研究。以二硫化钼为例，单层结构的材料，除了表现出高的迁移率、高开关比等优异电学性质外，更重要的是它还具有石墨烯所不具备的~1.9 eV的带隙。这些新发现的二维材料体系可以很好的应用到下一代半导体器件中。

目前二维材料制备的主要方法集中在机械剥离和化学气相沉积（CVD）等方式。这些制备方式为科学研究中提供了极大方便，但在工业生产中，这些制备方法均不能保证材料在大尺寸范围下的均匀性，极大影响二维材料的工业化应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供器件性能好、适于大规模制备的二硫化钼隧穿晶体管及其制备方法。

本发明提供的二硫化钼隧穿晶体管制备方法，包括以下步骤：

采用原子层沉积工艺在衬底上形成二硫化钼薄膜并进行高温退火；

图形化二硫化钼，进行光刻、刻蚀得到二硫化钼线条，作为隧穿晶体管的沟道；

再次进行光刻，在所述沟道两侧曝光形成源漏电极图案，淀积金属并剥离后形成源漏电极，与所述二硫化钼线条形成肖特基接触；以及

采用原子层沉积工艺在所述沟道上淀积高K材料作为顶栅介质层，进行光刻曝光形成顶栅图案，淀积金属并剥离后形成顶栅。

本发明的二硫化钼隧穿晶体管制备方法中，优选为，所述衬底为SiO₂/Si、Al₂O₃、GaN、GaAs、GexSi1-x或SiC。

本发明的二硫化钼隧穿晶体管制备方法中，优选为，所述源漏电极材料为Cr/Au、Ni/Au、Ti/Au或Pt。

本发明的二硫化钼隧穿晶体管制备方法中，优选为，所述顶栅介质层为氧化铝、氧化铪、氧化锆或氧化钽。

本发明的二硫化钼隧穿晶体管制备方法中，优选为，所述顶栅材料为Cr/Au或Pt。

本发明的二硫化钼隧穿晶体管制备方法中，优选为，采用原子层沉积工艺在衬底上形成二硫化钼薄膜包括以下几个步骤：

将加热的固态Mo源反应前驱体挥发出的气体以脉冲形式导入到原子层淀积反应腔中，脉冲时间为2~5s；

将非活性气体以脉冲形式导入到原子层淀积反应腔中，清除腔中未反应掉而多余的前驱体以及反应副产物，脉冲时间为5~20s；

将液态的硫源前驱体以脉冲形式导入到原子层淀积反应腔中，脉冲时间为1~5s；