[发明专利]基于二维材料的共电极三维器件结构及其制作方法

说明书

本发明提供一种基于二维材料的共电极三维器件结构及其制作方法，三维器件结构包括：衬底、第一二维材料功能层、第一二维材料介质层、二维材料共栅极层、第二二维材料介质层、第二二维材料功能层、源极及漏极，第一、二二维材料功能层形成有源区及漏区，源极连接多个源区并实现源区的电引出；漏极连接多个漏区并实现漏区的电引出。本发明实现了二维材料场效应晶体管的垂直互联设计，所用绝缘介质层、功能层、栅电极等均为二维材料，二维材料垂直方向尺寸极小，可以极大程度缩减器件垂直方向尺度，因此本发明可有效实现垂直方向的三维器件集成小型化。

技术领域

本发明属于半导体集成电路设计及制造领域，特别是涉及一种基于二维材料的共电极三维器件结构及其制作方法。

背景技术

目前，大部分集成电路都只具有单层器件层。随着科学技术的持续发展，集成电路中器件的尺寸越来越小，然而，仅仅通过减小器件尺寸的方式来实现提高芯片集成度变得越来越困难。为解决这一问题，三维集成电路(Three Dimensional Integrated Circuit)应运而生。所谓三维集成电路，是指具有多层器件结构的集成电路。三维集成电路通过多层器件电路的有效堆叠，可以显著提高芯片的集成密度，进而提升芯片性能。具体地，三维集成技术是将多层集成电路芯片堆叠键合，通过各层间的三维互联实现多层间电信号连接。该技术可降低芯片功耗，减小互连延时，提高数据传输带宽，并为实现复杂功能的SoC提供了可能。现有的三维集成电路中，每层的器件均独立制作栅电极、源电极及漏电极，工艺较为复杂，且各层间的金属连线的制作也较为复杂。

二维材料垂直方向空间尺度小，具有多种能带结构及电学性质，有着优异的光学、力学、热学、磁学等性质。可以通过堆垛种类不同或相同的二维材料，构筑功能性更强的材料体系。然而，在现有技术中，仅器件的部分结构采用二维材料构成，并且，也鲜有采用二维材料制成多个器件的三维集成。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于二维材料的共电极三维器件结构及其制作方法，用于解决现有技术中三维集成电路体积较大，且每层的器件均需独立制作栅源漏电极而导致金属连线较为复杂的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于二维材料的共电极三维器件结构，所述三维器件结构包括：衬底；第一二维材料功能层，位于所述衬底上，所述第一二维材料功能层形成有第一源区及第一漏区；第一二维材料介质层，位于所述第一二维材料功能层上；二维材料共栅极层，位于所述第一二维材料介质层上并位于所述第一源区及所述第一漏区之间；第二二维材料介质层，位于所述二维材料共栅极层上；第二二维材料功能层，位于所述第二二维材料介质层上，所述第二二维材料功能层形成有第二源区及第二漏区；源极，连接所述第一源区及第二源区并实现所述第一源区及第二源区的电引出；漏极，连接所述第一漏区及第二漏区并实现所述第一漏区及第二漏区的电引出。

可选地，所述第一二维材料功能层包括一层或多层二维材料层，所述多层二维材料层的材料相同或不同，所述第二二维材料功能层包括一层或多层二维材料层，所述多层二维材料层的材料相同或不同。

可选地，所述二维材料层的材料包括具有半导体二维材料特性的单元素烯、氧化石墨烯、过渡金属硫属化合物及氧化物中的一种。

可选地，所述二维材料层的材料包括MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂、WSe₂、WTe₂、ZrS₂、ZrSe₂、Bi₂Se₃、GaSe、GaTe、InSe、SnSe₂、锑烯及氧化石墨烯中的一种。

可选地，所述第一二维材料介质层及所述第二二维材料介质层包括六方氮化硼。

可选地，所述二维材料共栅极层包括石墨烯。