[发明专利]一种过渡金属硫族化合物晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种过渡金属硫化物晶体管，自下而上包括：栅极、栅极介电层、沟道层以及位于栅极介电层两侧的源漏区，其特征在于，在沟道方向上以及水平面中垂直于沟道方向上，所述沟道层的长度大于所述栅极介电层的长度，所述栅极介电层的长度大于等于所述栅极的长度；其中，所述源漏区为具有金属性质的第一过渡金属硫族化合物，所述沟道层为具有半导体性质的第二过渡金属硫族化合物。本发明提供的一种过渡金属硫化物晶体管及其制备方法，能够有效解决过渡金属硫化物晶体管沟道与源漏区之间存在接触电阻过大的问题，能够使过渡金属硫化物晶体管与现有的CMOS工艺兼容。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，具体涉及一种过渡金属硫族化合物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，传统的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。

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。

近几年，二维晶体管由于其优异的性能受到广泛关注。过渡金属硫族化合物(transition metal dichalcogenide，TMD)的化学式为MX₂型，M为金属，X代表硫族元素(如S、Se、Te)。由于TMD材料的带隙与硅很接近，并且不受到短沟道效应的影响，近年来常被用于制备二维晶体管。

但是，二维半导体性质的TMD薄膜和任何大块金属之间的界面上存在较大的接触电阻，会导致沟道与源漏区的电阻显著增加，降低二维晶体管的性能。另一方面，目前二维晶体管的制备方法多用于实验室阶段，与工业化现有的CMOS工艺不兼容，如何进行大规模的二维晶体管制备，是急需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种过渡金属硫族化合物晶体管及其制备方法，能够有效解决过渡金属硫族化合物晶体管沟道与源漏区之间存在接触电阻过大的问题，能够使过渡金属硫族化合物晶体管与现有的CMOS工艺兼容，可方便地制备出小尺寸、大规模的过渡金属硫族化合物晶体管阵列。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种过渡金属硫族化合物晶体管，自下而上包括：栅极、栅极介电层、沟道层以及位于栅极介电层两侧的源漏区，其特征在于，在沟道方向上以及水平面中垂直于沟道方向上，所述沟道层的长度大于所述栅极介电层的长度，所述栅极介电层的长度大于等于所述栅极的长度；其中，所述源漏区为具有金属性质的第一过渡金属硫族化合物，所述沟道层为具有半导体性质的第二过渡金属硫族化合物。

进一步地，所述源漏区为MoTe₂、MoS₂、WTe₂中的至少一种。

进一步地，所述沟道层为MoTe₂、MoS₂、MoSe₂、WSe₂、ReSe₂、TaS₂、TaSe₂、TaTe₂、NbS₂、NbSe₂、NbTe₂中的至少一种。

进一步地，所述沟道层、栅极介电层和栅极的中心点位于同一条直线上。

进一步地，所述栅极介电层和所述沟道层之间还包括粘附层，在沟道方向上以及水平面中垂直于沟道方向上，所述粘附层的长度等于所述栅极介电层的长度；所述源漏区中的的源区和漏区分别位于所述栅极介电层和粘附层的两侧。

进一步地，所述粘附层与第二过渡金属硫族化合物的晶格匹配。