场效晶体管制造技术

技术编号:17839988 阅读:119 留言:0更新日期:2018-05-03 20:49
场效晶体管(field effect transistor,FET)包含栅极介电层、形成于栅极介电层上的二维通道层以及栅极电极。二维通道层包含主体区(body region),其具有第一侧边与相对于第一侧边的第二侧边,主体区为场效晶体管的通道。二维通道层还包含每个从主体区的第一侧边突出的第一指区域与每个从主体区的第二侧边突出的第二指区域。源极电极覆盖第一指区域,而漏极电极覆盖第二指区域。

【技术实现步骤摘要】
场效晶体管
本专利技术实施例是关于使用二维材料的场效晶体管以及其制作方法,更具体是关于使用过渡金属二硫族化物(transitionmetaldichalcogenide,TMD),特别是关于二硫化钼(MoS2)的场效晶体管与其制作方法。
技术介绍
石墨烯作为二维材料(或二维拓扑材料),已经成为在sub-10nm技术节点中应用于晶体管的可能材料。二维材料也就是由单层原子形成的单层材料。单层二维材料具有与组成原子的直径相同的厚度,或具有通常为零点几纳米到几纳米的厚度。由于它零能隙的特性,石墨烯晶体管的低开关比(ON/OFFratio)限制了其实际应用。其他具有能隙的二维材料,例如过渡金属二硫族化物(transitionmetaldichalcogenide,TMD),引起了晶体管应用的关注。然而,通常很难将TMD材料高度掺杂杂质。
技术实现思路
根据本揭露的一态样,场效晶体管包含栅极介电层、形成于栅极介电层上的通道层以及栅极电极。通道层包含主体区,主体区具有第一侧边与相对于第一侧边的第二侧边,且主体区作为场效晶体管的通道。通道层还包含每个皆从主体区的第一侧边突出的第一指区域以及每个皆从主体区的第二侧边突出的第二指区域。源极电极覆盖第一指区域,而漏极电极覆盖第二指区域。附图说明当结合随附附图阅读时,自以下详细描述将很好地理解本揭露。应强调,根据工业中的标准实务,各特征并非按比例绘制且仅用于说明的目的。事实上,为了论述清晰的目的,可任意增加或减小特征的尺寸。图1A与图1B绘示二硫化钼(MoS2)的边缘结构,而图1C绘示锯齿型边缘结构与扶手椅形边缘结构之间的关系;图2A绘示具有锯齿型边缘结构(ZMoS2-20)的二硫化钼纳米带的能带图模拟,而图2B绘示具有扶手椅型边缘结构(AMoS2-20)的二硫化钼纳米带的能带图模拟;图3A是根据本揭露的一实施例例示性的绘示场效晶体管的二硫化钼层结构的示意图,而图3B是根据本揭露的一实施例例示性的绘示具有源极/漏极电极的二硫化钼层结构的示意图;图4-6是根据本揭露的实施例例示性的绘示场效晶体管的二硫化钼层结构的平面图;图7A与图7B例示性的绘示源极/漏极电极周围结构的示意图;图8A-9C绘示根据本揭露的一个实施例的例示性的使用二硫化钼层的场效晶体管的依序的制造步骤示意图;图10A-11C绘示根据本揭露的另一个实施例的例示性的使用二硫化钼层的场效晶体管的依序的制造步骤示意图;图12A绘示根据本揭露的一个实施例的ID-VG特性模拟,而图12B绘示一对照的示例的ID-VG特性模拟;图13A绘示根据本揭露的一个实施例的ID-VD特性模拟,而图13B绘示一对照的示例的ID-VD特性模拟;图14A绘示根据本揭露的一个实施例的ID-VG特性模拟,而图14B绘示一对照的示例的ID-VG特性模拟;图15A绘示根据本揭露的一个实施例的ID-VG特性模拟,而图15B绘示一对照的示例的ID-VG特性模拟;图16A-16C绘示根据本揭露的实施例中栅极电极与漏极电极之间的距离LGD的影响。具体实施方式应了解到,以下揭露提供许多不同实施例,或示例,以建置所提供的标的物的不同特征。以下叙述的成份和排列方式的特定示例是为了简化本揭露。这些当然仅是做为示例,其目的不在构成限制。举例而言,第一特征形成在第二特征之上或上方的描述包含第一特征和第二特征有直接接触的实施例,也包含有其他特征形成在第一特征和第二特征之间,以致第一特征和第二特征没有直接接触的实施例。除此之外,本揭露在各种示例中会重复元件符号及/或字母。此重复的目的是为了简化和明确,并不表示所讨论的各种实施例及/或配置之间有任何关系。再者,空间相对性用语,例如“下方(beneath)”、“在…之下(below)”、“低于(lower)”、“在…之上(above)”、“高于(upper)”等,是为了易于描述附图中所绘示的元素或特征和其他元素或特征的关系。空间相对性用语除了附图中所描绘的方向外,还包含装置在使用或操作时的不同方向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向),而本文所用的空间相对性描述也可以如此解读。另外,“由…制成(madeof)”可以与“包括(comprising)”或“由…构成(consistingof)”的意思相同。在本揭露中,“2D”或“二维”并不一定用数学的意思使用,而且其具有使在石墨烯、过渡金属二硫族化物(transitionmetaldichalcogenide,TMD)或相似材料的
具有通常知识者能够理解的意思。图1A与图1B绘示二硫化钼(MoS2)的边缘结构。众所周知具有不同的边缘结构的二维材料,例如石墨烯、TMD(包含二硫化钼(MoS2)或二硫化钨(WS2))电性不同。其中一种边缘结构称为锯齿型边缘结构(zigzagedgestructure),如图1A所示,而另一种边缘结构称为扶手椅形边缘结构(armchairedgestructure),如图1B所示。在锯齿型边缘结构中,边缘垂直延伸至位于边缘处的原子键(atomicbond),而载子(carrier)沿着此方向传递(参看图1A中的箭头)。在扶手椅型边缘结构中,边缘水平延伸至位于边缘处的原子键,而载子沿着此方向传递(参看图1B中的箭头)。当二硫化钼层形成于纳米带(nano-ribbon)结构中时,位于边缘处的原子形成一能态(energystate),而锯齿型边缘结构和扶手椅型边缘结构之间的能态不同。在本揭露的一些实施例中,纳米带结构指的是具有宽度等于或小于100nm的细长形状。在其他实施例中,纳米带结构具有等于或小于50nm的宽度。在一些实施例中,纳米带的长宽比(长度/宽度)为2或2以上。在另外一些实施例中,纳米带结构具有5或5以上的长宽比。图1C绘示锯齿型边缘结构与扶手椅型边缘结构的关系。如图1C所示,锯齿型边缘方向与扶手椅型边缘方向的夹角为30°。图2A绘示具有锯齿型边缘结构(ZMoS2-20)的二硫化钼纳米带的能带图模拟,而图2B绘示具有扶手椅型边缘结构(AMoS2-20)的二硫化钼纳米带的能带图模拟。为了分析各边缘结构的电态(electricalstate),通过使用紧束缚近似法(tightbindingmethod)的模拟,计算各边缘结构的具有不同厚度的二硫化钼纳米带的E-k关系。在图2A中,纳米带的宽度设定为2.75nm,而在图2B中,纳米带的宽度设定为3.17nm。如图2B所示,具有扶手椅型边缘结构的纳米带具有较窄的能带宽度的边缘态(edgestate),产生一个能隙,也就是说,具有扶手椅型边缘结构的纳米带会有类似半导体的功能。相对地,如图2A所示,具有锯齿型边缘结构的纳米带具有横跨整个能隙的边缘态,也就是说,具有锯齿型边缘结构的纳米带会有类似金属的功能。因为两边缘贡献载子传递,纳米带的能态可能会被纳米带的宽度影响。当纳米带的宽度减小时,主体态(bulkstate)的数量减少,但边缘态的数量维持不变。结果,边缘态的密度增加。因此,使用具有短周期结构的指矩阵(fingerarray)有利于增加总电流。越小的纳米带宽度且具有越多的指(finger)可以增加导电性。基于前述的分析,本揭露的专利技术人将具有锯齿型边缘结构的二硫化钼纳米带作为场效晶体管(fi本文档来自技高网
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场效晶体管

【技术保护点】
一种场效晶体管,其特征在于,包含:一栅极介电层;一通道层,形成于该栅极介电层上;以及一栅极电极,其中:该通道层包含一主体区,该主体区具有一第一侧边与相对于该第一侧边的一第二侧边,该主体区作为该场效晶体管的一通道,该通道层还包含每个皆从该主体区的该第一侧边突出的多个第一指区域以及每个皆从该主体区的该第二侧边突出的多个第二指区域,以及一源极电极覆盖所述多个第一指区域,而且一漏极电极覆盖所述多个第二指区域。

【技术特征摘要】
2016.10.25 US 15/333,4421.一种场效晶体管,其特征在于,包含:一栅极介电层;一通道层,形成于该栅极介电层上;以及一栅极电极,其中:该通道层包含一主体区,该主体区具有一第一侧边与相对...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴育任刘继文陈爍帆
申请(专利权)人:台湾积体电路制造股份有限公司吴育任
类型:发明
国别省市:中国台湾,71

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