場效應電晶體及其製作方法
2023-05-31 05:39:56
專利名稱：場效應電晶體及其製作方法
技術領域：
:本發明涉及半導體器件領域，尤其涉及一種場效應電晶體及其製作方法。
背景技術：
:MoSJt為溝道材料的場效應半導體器件在2010年被報導後，由於其大的開關電流比和小的關態電流而被認為是一種非常具有應用前景的半導體材料。以單層MoS2為溝道材料，以SiO2為柵區介質的場效應器件的遷移率在沒有頂柵介質時僅為0.l-lOcmVs-1左右，如何提升場效應器件的遷移率是急需解決的問題
發明內容
:為了解決上述問題，本發明提供了一種能夠提高場效應管遷移率的場效應電晶體。一種場效應電晶體，包括柵區、源區、漏區、溝道區和襯底，其特徵在於，所述源區和所述漏區位於所述溝道區的兩側，所述柵區位於所述溝道區的上方和下方，所述源區和所述漏區以及所述柵區設置在所述襯底上。在優選的實施例中，所述柵區包括頂柵介質層和底柵介質層，所述頂柵介質層設置在所述溝道區的上方，所述底柵介質層設置於所述襯底上靠近所述溝道區的一面。在優選的實施例中，所述頂柵介質層和所述底柵介質層採用HfO2作為介質。在優選的實施例中，所述柵區還包括柵電極，所述柵電極的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合。在優選的實施例中，所述源區包括源電極，所述漏區包括漏電極，所述源電極和所述漏電極的材料為Au或Ti與Au的組合。在優選的實施例中，所述溝道區採用單層MoS2晶體作為溝道介質。此外，還提供了 一種場效應電晶體的製作方法。一種場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟:在矽襯底上用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為底柵介質層；將MoS2轉移到具有HfO2層的矽襯底上；在源區和漏區製作源電極和漏電極；用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為頂柵介質層；製作頂柵電極。在優選的實施例中，所述頂柵介質層和所述底柵介質層的厚度為30納米。在優選的實施例中，還包括步驟如下，採用微機械剝離或者液相製備MoS2 ；用原子力顯微鏡來檢測襯底上HfO2層的厚度，找出單層的MoS2。 在優選的實施例中，所述源電極和所述漏電極的材料為Au或Ti與Au的組合，所述柵電極的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合，所述源電極和所述漏電極以及所述柵電極採用電子束光刻技術進行製作。本發明的有益效果為:上述場效應電晶體本通過設置在溝道區上方和下方的柵區，採用雙柵層，提高了溝道載流子的遷移率，提高了場效應電晶體的性能。
:圖1為MoS2場效應電晶體的結構剖面圖；圖2為圖1中MoS2場效應電晶體的介質材料和電極材料分布圖；圖3為MoS2場效應電晶體底柵轉移特性曲線；圖4為MoS2場效應電晶體頂柵轉移特性曲線；圖5為MoS2場效應電晶體輸出特性曲線。
具體實施方式
:為了使本發明實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本發明。如圖1和圖2所示，本發明較佳實施例的場效應電晶體，包括柵區110、源區120、漏區130、溝道區140和襯底150，源區120和漏區130位於溝道區140的兩側，柵區110位於溝道區140的上方和下方，源區120和漏區130以及柵區110設置在襯底150上。上述場效應電晶體本通過設置在溝道區140上方和下方的柵區110，採用雙柵層，提聞了溝道載流子的遷移率，提聞了場效應電晶體的性能。在本實施例中，柵區110包括頂柵介質層114和底柵介質層116，頂柵介質層114設置在溝道區140的上方，底柵介質層116設置於襯底150上靠近溝道區140的一面。在本實施例中，頂柵介質層114和底柵介質層116採用HfO2作為介質。在本實施例中，柵區110還包括柵電極112，柵電極112的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合。在本實施例中，源區120包括源電極，漏區130包括漏電極，源電極120和漏電極130的材料為Au或Ti與Au的組合。在本實施例中，溝道區140採用單層MoS2晶體作為溝道介質。此外，還提供了一種場效應電晶體的製作方法。本發明較佳的實施例的場效應電晶體的製作方法，包括如下步驟:在矽襯底上用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為底柵介質層；將MoS2轉移到具有HfO2層的矽襯底上；在源區和漏區製作源電極和漏電極；用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為頂柵介質層；製作頂柵電極。在本實施例中，頂柵介質層和底柵介質層的厚度為30納米。在本實施例中，還包括步驟如下，採用微機械剝離或者液相製備MoS2 ；用原子力顯微鏡來檢測襯底上HfO2層的厚度，找出單層的MoS2。在本實施例中，源電極和漏電極的材料為Au或Ti與Au的組合，柵電極的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合，源電極和漏電極以及柵電極採用電子束光刻技術進行製作。在實際製作該器件時，現將低阻矽襯底上自然形成的SiO2層腐蝕掉，然後再利用原子層澱積方法形成30nm厚的HfO2層作為底柵介質。具體方法為:將金屬Hf的預置容器加熱到75 90°C的範圍內，此時其蒸汽壓約為0.05託，將H2O的預置容器保持在室溫下，其蒸汽壓為20T。澱積HfO2時，每個循環包括I個金屬Hf蒸汽衝擊和2個H2O蒸汽衝擊，它們的持續時間都為Is。接著是5s的Hf蒸汽漂洗和IOs的H2O蒸汽漂洗。每個循環的生長率約為0.19nm，反應壓力保持在90mTorr，用高純度的氮氣作為載氣和洗滌氣體。將應用機械剝離或者液相方法製備的MoS2R移到上一步製備好的HfO2層上。用原子力顯微鏡(AFM)找出單層的MoS2薄膜，單層MoS2薄膜的厚度大約為0.65nm，然後準備下一步接觸的製作。在找到單層MoS2薄膜後，應用電子束光光刻和雙層技術製作了第一組接觸，具體方法為:首先在樣品上塗一層甲基丙烯酸甲酯(MMA)，然後再180°C下烘焙5分鐘，然後再塗上一層PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，然後用電子束光刻系統曝光，接著在甲基異丁酮(MIBK):異丙醇(IPA)為1: 3的溶液中顯影三分鐘，然後蒸上50nm厚的Au作為接觸金屬，然後洗去光刻膠。為了降低Au與MoS2層的接觸電阻，在溫度為200°C的真空管爐內進行退火2小時，退火時通入IOOsccm的IS氣和IOscom的氫氣。再用與第(I)步相同的工藝形成30nm厚的!1 )2層作為頂柵介質。然後在頂柵HfO2介質層上經過電子束光刻，澱積Cr/Au作為頂柵電極。樣品製備完成以後，我們利用4200-SCS半導體特性分析系統對其直流I_V特性進行了表徵，見圖3、圖4和圖5所 示分別為樣品器件的底柵轉移特性、頂柵轉移特性和輸出特性。根據直流1-V特性實際測量結果和器件結構參數，最終計算得到的器件遷移率為μ =320(^2^1^,遠高於文獻報導的底柵為SiO2頂柵為HfO2的單層MoS2器件的載流子遷移率。本發明採用MoS2作為溝道導電材料，利用二氧化鉿(HfO2)做為頂柵和底柵介質材料，利用Au或Au/Ti做為金屬接觸。應用此方法所測的溝道電子的遷移率高達以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵和本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.一種場效應電晶體，包括柵區、源區、漏區、溝道區和襯底，其特徵在於，所述源區和所述漏區位於所述溝道區的兩側，所述柵區位於所述溝道區的上方和下方，所述源區和所述漏區以及所述柵區設置在所述襯底上。
2.根據權利要求1所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述柵區包括頂柵介質層和底柵介質層，所述頂柵介質層設置在所述溝道區的上方，所述底柵介質層設置於所述襯底上靠近所述溝道區的一面。
3.根據權利要求1所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述頂柵介質層和所述底柵介質層米用HfO2作為介質。
4.根據權利要求1所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述柵區還包括柵電極，所述柵電極的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合。
5.根據權利要求1所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述源區包括源電極，所述漏區包括漏電極，所述源電極和所述漏電極的材料為Au或Ti與Au的組合。
6.根據權利要求1所述的場效應電晶體，其特徵在於，所述溝道區採用單層MoS2晶體作為溝道介質。
7.一種場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟: 在矽襯底上用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為底柵介質層； 將MoS2轉移到具有HfO2層的矽襯底上； 在源區和漏區製作源電極和漏電極； 用原子層澱積方法形成一層HfO2層作為頂柵介質層； 製作頂柵電極。
8.根據權利要求7所述的場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，所述頂柵介質層和所述底柵介質層的厚度為30納米。
9.根據權利要求7所述的場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，還包括步驟如下， 採用微機械剝離或者液相製備MoS2 ； 用原子力顯微鏡來檢測襯底上HfO2層的厚度，找出單層的MoS2。
10.根據權利要求7所述的場效應電晶體的製作方法，其特徵在於，所述源電極和所述漏電極的材料為Au或Ti與Au的組合，所述柵電極的材料為Cr與Au的組合或Ti與Au的組合，所述源電極和所述漏電極以及所述柵電極採用電子束光刻技術進行製作。
全文摘要
一種場效應電晶體，包括柵區、源區、漏區、溝道區和襯底，源區和漏區位於溝道區的兩側，柵區位於溝道區的上方和下方，源區和漏區以及柵區設置在所述襯底上。上述場效應電晶體本通過設置在溝道區上方和下方的柵區，採用雙柵層，提高了溝道載流子的遷移率，提高了場效應電晶體的性能。此外，還提供了一種場效應電晶體的製作方法。
文檔編號H01L29/10GK103137691SQ20111038871
公開日2013年6月5日 申請日期2011年11月29日 優先權日2011年11月29日
發明者馬中發, 莊弈琪, 張策, 吳勇, 張鵬, 凌宇 申請人:西安電子科技大學