[发明专利]一种基于二硫化铼的场效应管及其制造方法

说明书

本发明涉及一种基于二硫化铼的场效应管及其制造方法，包括衬底，所述衬底包括硅衬底和生长在所述硅衬底上的氧化层，所述氧化层上刻蚀有二硫化铼沟道，所述场效应管还包括生长在源漏接触区的漏源电极、覆盖所述二硫化铼沟道的栅氧化层以及位于硅衬底底部的金属引线，所述栅氧化层上生长有栅电极，所述漏源电极包括依次位于所述氧化层之上的Cr电极和Au电极。本发明的场效应管具有较高的开关电流比，且有效降低了器件尺寸缩小带来短沟道效应，同时顶栅和背栅的结构也有助于源漏电流的调控。

技术领域

本发明属于集成电路领域，具体涉及一种基于二硫化铼的场效应管及其制造方法。

背景技术

随着半导体集成电路的高速发展，集成电路特征尺寸已能够减小到纳米尺度，但进一步缩小器件的长度却受工艺跟成本的严重限制。当尺寸突破某个节点后，器件的量子效应将变得不容忽视。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于二硫化铼的场效应管及其制造方法。

本发明的一种基于二硫化铼的场效应管，包括衬底，所述衬底包括硅衬底和生长在所述硅衬底上的氧化层，所述氧化层上刻蚀有二硫化铼沟道，所述场效应管还包括生长在源漏接触区的漏源电极、覆盖所述二硫化铼沟道的栅氧化层以及位于硅衬底底部的金属引线，所述栅氧化层上生长有栅电极，所述漏源电极包括依次位于所述氧化层之上的Cr电极和Au电极。

二硫化铼作为一种过渡金属硫族化合物，具有出色的电学性能，电子迁移率和空穴迁移率分别为34.21cm²V^-1s^-1和33.04cm²V^-1s^-1。它作为一种直接带隙半导体，带隙数值不易受到外界应力的影响，体材料形式和单层材料形式的二硫化铼带隙都维持在1.5eV。另外，二硫化铼具有独特扭曲八面体晶体结构，其分子结构如图1所示，该结构使其具有平面内各向异性的光电特性。由于这些独特的性质，二硫化铼可以用来制造晶体管。

进一步，所述硅衬底为P型重掺杂，掺杂的类型为p型重掺杂掺杂(p+)，杂质可以是硼和/或铝和/或铟。

进一步，所述硅衬底的掺杂浓度大于10¹⁹/cm^-3，且小于10²¹/cm^-3。

进一步，所述氧化层为厚度为50-300nm，所述栅氧化层的厚度为30-50nm，所述二硫化铼沟道的厚度为5-10nm，所述Cr电极的厚度为5-10nm，所述Au电极的厚度为80-100nm。所述氧化层厚度不宜过大，保证热量更有效地扩散到硅衬底，以减小自升温效应；同时又不宜过小，避免栅极泄漏电流增大。同样的，该栅氧化层的厚度不宜过小，避免栅极泄漏电流增大。所述Cr电极和Au电极的厚度不宜太小，保证金属电极与半导体(栅氧化层)之间形成良好的欧姆接触。

本发明所述的基于二硫化铼的场效应管的制造方法，包括如下步骤：

1)准备生长有氧化层的重掺杂的硅衬底；

2)在衬底的氧化层上生长二硫化铼沟道；

3)在所述源漏接触区生长漏源电极，采用电子束蒸发镀膜，先后蒸镀上Cr电极和Au电极；

4)通过ALD沉积覆盖在所述二硫化铼沟道上的栅氧化层；

5)在所述栅氧化层上生长栅电极，栅电极为Au/Cr组合电极；

6)在所述硅衬底的底部焊接上金属引线，最终制得基于二硫化铼的场效应管。

进一步，所述氧化层为二氧化硅，所述二硫化铼沟道通过光刻蚀方法得到。

进一步，所述栅氧化层为high-k电介质材料。