[发明专利]半导体装置的制造方法与半导体装置

说明书

一种半导体装置的制造方法。包含场效晶体管装置的半导体装置包含基板与在基板上的二维材料所制成的通道结构。多个源极与漏极接触部分地形成于二维材料上。第一介电层至少部分地形成在通道结构上且至少部分地形成在源极与漏极接触上。第一介电层用以捕获多个电荷载子。第二介电层形成于第一介电层上，且栅极电极形成于第二介电层上。

技术领域

本揭露实施例是有关于一种半导体集成电路，且特别是有关于一种具有二维(two-dimensional，2D)通道的碰撞离子化(impact ionization)晶体管。

背景技术

不论结构为何，采用先进技术节点(例如低于7纳米)的半导体装置，例如超薄主体(ultra-thin body)绝缘层上覆硅(SILICON ON INSULATOR，SOI)或鳍式场效晶体管(finfield-effect transistor，FinFET)结构，可能具有相当薄的通道厚度(例如在约0.5纳米至5纳米的范围内)。对这些装置而言，二维层状材料被认为是用来替代硅的强力候选者。感兴趣的二维材料具有期望的性质，例如，包含自组装分子单层膜(例如厚度小于1纳米)、高且对称的电子与空穴迁移率(例如大于200平方厘米/每伏每秒(cm²/V-sec))与无残缺分子键结的理想的表面特性。然而，二维场效晶体管的性能可能特别地受限于被非理想金属和/或二维材料所引起的接触阻抗(例如具有萧特基位障)。对二维场效晶体管而言，减少接触阻抗的方法(例如源极与漏极(source and drain，SD)接触阻抗)可能在提供足够的漏极电流(例如大于通道宽度的1微安培/微米(μA/μm))上起到重要作用。

二维半导体预期成为超薄主体晶体管的通道材料，且通常为数层厚，且以微弱层间凡得瓦尔力(van der Waals attraction)存在作为强键结层的堆叠。微弱层间吸引力允许层被机械地或化学地剥离成单独的原子薄层。例示的二维材料包含石墨烯(graphene)、石墨炔(graphyne)、硼烯(borophene)、硅烯(silicene)、锗酸铅(germinate)、过渡金属二硫族化物(transition metal dichalcogenide，TMDC)(例如二硫化钼(molybdenumdisulfide，MoS₂)或二硒化钨(tungsten selenide，WSe₂))、黑磷(black phosphorus)等。

需要可以同时实现在二维材料(例如TMDC)通道场效晶体管中的期望的次临界斜率(sub-threshold slope)与导通电流的解决方案。

发明内容

本揭露提出一种半导体装置的制造方法，包含：在基板上形成二维材料层以形成通道结构；在通道结构上形成多个源极与漏极接触；在通道结构上以第一厚度形成电荷捕获层，以捕获多个电荷载子，电荷捕获层包含接触源极接触的第一部分以及与第一部分分离且接触漏极接触的第二部分；在电荷捕获层上形成栅极介电层；以及在栅极介电层上形成栅极电极层，其中在形成栅极介电层之前，移除电荷捕获层的第二部分，以留下接触源极接触的第一部分。

本揭露提出一种半导体装置，包含：基板、包含二维材料的通道结构、第一介电层、第二介电层、源极接触以及接触第一介电层的栅极电极。第二介电层形成于通道结构与第一介电层之间，第二介电层包含与第二介电层的其余部分不同的电荷捕获部分且用以捕获于通道结构的源侧面附近产生的多个电荷载子，其中当半导体装置为顶栅极装置时，在全部的通道结构与源极与漏极接触的多个第一表面的多个部分上形成第二介电层，其中第一表面位于基板的平面中，其中通道结构在第一平面与垂直于第一平面的第二平面的至少一者中延伸，且其中第一平面为基板的平面。源极接触用以至少部分地接触第二介电层。

本揭露提出一种半导体装置的制造方法，包含：在基板上沉积栅极电极层；在栅极电极层上沉积介电层；在介电层上沉积且图案化光阻层，以覆盖介电层的至少一中间部分；以第一厚度在介电层未被光阻层覆盖的一部分内形成电荷捕获层；在移除被图案化的光阻层之后，在电荷捕获层与介电层的剩余部分上沉积二维材料层；以及在二维材料层上形成多个源极与漏极接触。