[发明专利]场效晶体管

说明书

技术领域

本发明实施例是关于一种场效晶体管。

背景技术

金属氧化物半导体场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor；MOSFET)或仅场效晶体管(field-effect transistor；FET)或晶体管广泛用于集成电路(integrated circuit；IC)，包含数字集成电路、射频(radio frequency；RF)模拟电路等。减小或按比例缩小晶体管的栅极长度以增加IC中的晶体管的填充密度并提高其速度效能。然而，具有过分微型化的栅极长度的晶体管遭受不良的短通道影响，诸如增加的截止状态泄漏电流。

为有效抑制栅极长度小于约20纳米(nm)的晶体管中的短通道影响，一种方法为使用具有减小厚度(例如小于5nm)的半导电通道。半导体通道厚度小于其栅极长度的三分之一或甚至四分之一的晶体管通常已知为超薄主体晶体管。超薄主体晶体管可使用超薄半导体通道材料。具有高迁移率的一种类型的超薄半导体材料为黑磷(black phosphorus；BP)。BP为分层材料。BP单层，称为“磷烯”，为在第一布瑞渊(Brillouin)区的Γ点处具有约2eV的直接带隙的半导体。当堆叠多个磷烯层时，多层BP具有减小的带隙，体BP的带隙减小至约0.3eV。

然而，制造具有BP通道的晶体管的现有方法存在各种问题。一个问题为许多此等晶体管是使用机械剥落BP层实现。使用机械剥落技术以大量生产用于大尺度IC的具有BP通道的晶体管存在困难。另一问题为在栅极介电层形成之前使BP层曝露于环境中的空气或湿气。在曝露于空气后，BP层的表面经氧化，且自空气吸收湿气。此将BP表面不可逆转地转换为磷氧化物(phosphorus oxide；PO_x)化合物，从而导致BP层的表面及/或边缘特性的非均一降级。

发明内容

根据本发明的多个实施例，一种场效晶体管包含黑磷(black phosphorus；BP)层、钝化层、源极接触件、漏极接触件以及栅电极。BP层位于基板上方。BP层包含通道区域、源极区域及漏极区域。钝化层位于BP层上方且与BP层直接接触。钝化层具有位于源极区域上方的第一开口及位于漏极区域上方的第二开口。源极接触件经由第一开口而与源极区域直接接触。漏极接触件经由第二开口而与漏极区域直接接触。栅电极位于通道区域上方。

附图说明

图1A为根据本揭露内容的各种态样构造的具有黑磷(black phosphorus；BP)通道的平坦场效晶体管(field-effect transistor；FET)的透视图；

图1B为根据本揭露内容的各种态样构造的具有鳍式BP通道的多栅极FET的透视图；

图1C为根据一些实施例的图1A及图1B中的元件的剖面图；

图2A及图2B显示根据一些实施例的制造图1A及图1B的半导体元件的方法的流程图；

图3、图4、图5、图6、图7B、图8、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16及图17为根据一些实施例的根据图2A及图2B的方法形成半导体元件的剖面图；

图7A为具有多个BP有效区域的元件的透视图；

图18及图19为根据一些实施例的用于制造图1A及图1B的半导体元件的制造工具的示意图。

具体实施方式

以下揭露内容提供许多不同实施例或实例用于实施所提供的标的物的不同特征。下文描述元件及布置的特定实例以简化本揭露内容。当然，此等仅为实例且并不意欲为限制性。举例而言，以下描述中在第二特征上方或第二特征上形成第一特征可包含以直接接触形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包含可在第一特征与第二特征之间形成额外特征以使得第一特征与第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露内容可在各种实例中重复元件符号及/或字母。此重复是出于简明性及清晰的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例及/或配置之间的关系。

此外，为便于描述，本文可使用空间相对性术语(诸如“之下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”及类似者)来描述附图中所说明的一个元件或特征与另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。除了附图中所描绘的定向外，空间相对性术语意欲包含在使用或操作中的元件的不同定向。设备可以其他方式定向(旋转90度或其他定向)且因此可类似地解释本文所使用的空间相对性描述词。