[发明专利]一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管及制备方法

说明书

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管及制备方法。为打破现有GAAFET材料体系的限制，本发明晶体管包括衬底、多个层叠结构、源极、漏极、介电层和栅极；在所述衬底上沉积有多个层叠结构，所述漏极和源极分别沉积在层叠结构的前后侧，所述层叠结构由栅极环绕的沟道层堆叠组成，所述沟道层与栅极之间有介电层相隔，所述漏极、源极与栅极之间也有介电层相隔。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管及制备方法。

背景技术

自上世纪七十年代摩尔定律被提出以来，其一直影响着集成电路产业的发展。摩尔定律的重点就在于成倍增加单位面积芯片上的晶体管数量，提高芯片性能的同时不断降低制造成本，于是半导体工艺技术不断发展进步，晶体管的尺寸从微米尺度发展到今天的纳米尺度。但是发展到纳米尺度后，摩尔定律遭遇困境，一方面，晶体管尺寸面临物理极限，半导体工艺技术的继续升级面临困难，另一方面，晶体管成倍增加带来功耗的增大，成本无法降低。在28纳米节点时，立体的鳍式场效应晶体管(FinFET)取代了已经走向极限的平面晶体管，延续了摩尔定律的辉煌，而如今到了3纳米节点，FinFET也走向了极限，全环栅晶体管(GAAFET——(Gate all around Field Effect Transistors))成为延续摩尔定律新的可能。

现有的GAAFET大多还是以硅作为沟道材料，中国专利CN21395861U、 CN1165361A、CN110875430A以及CN113035941A都描述了一种GAAFET器件的沟道结构及制备方法，制备方法可能会有所不同，但其沟道材料都是硅基材料，不仅载流子迁移率较低，且生产成本较高。研发者正在寻找能够代替硅基的新型材料，如过渡金属硫化物、碳纳米管等材料。

发明内容

本发明的目的是打破现有GAAFET材料体系的限制，提供一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管制备方法。

为了达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管，所述晶体管包括衬底、阵列形式的层叠结构、沟道层、源极、漏极、介电层和栅极；

在所述衬底上沉积有阵列形式的层叠结构，所述漏极和源极分别沉积在层叠结构的前后侧，所述层叠结构由栅极环绕的沟道层堆叠组成，所述沟道层与栅极之间有介电层相隔，所述漏极、源极与栅极之间也有介电层相隔。

进一步，所述沟道层为单层或少数层半导体性二维过渡金属硫化物薄膜，如MoTe₂、MoS₂、WSe₂、MoSe₂、WS₂等；

所述介电层为高介电材料，如Al₂O₃、SiO₂、HfO₂、Ta₂O₅、TiO₂、La₂O₃、 HfZrO₄等；

所述栅极为金属或金属性二维过渡金属硫化物薄膜，如1T相MoTe₂、1T 相MoS₂、石墨烯等；

所述衬底为单质元素绝缘体或化合物绝缘体，如氧化硅、氮化硅、蓝宝石；

所述源电极、漏电极为金属材料。

一种基于过渡金属硫化物的栅极环绕型晶体管的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，在衬底上沉积一层绝缘层，再沉积一层沟道层，然后重复沉积，得到绝缘层和沟道层交替形成的层叠结构；

步骤2，采用干法刻蚀工艺对步骤1中层叠结构进行垂直刻蚀，得到阵列形式的层叠结构；