复合沟道晶体管及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种复合沟道晶体管，包括：位于半导体衬底上的层间介电层；位于层间介电层中的栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；位于复合沟道层两端的源漏区；位于层间介电层上并将复合沟道层的四周及上表面包覆的钝化层；位于钝化层中并连接源漏区的源漏电极。本发明专利技术选用具有高迁移率的石墨烯和具有可调带隙的有机薄膜共同形成复合沟道层，能有效解决石墨烯没有带隙和有机薄膜晶体管迁移率低的问题，制备出具有高迁移率的复合沟道晶体管，并能与现有的CMOS工艺兼容，制备工艺简单可行，可方便地制备出小尺寸、大规模的复合沟道晶体管阵列。本发明专利技术还公开了一种复合沟道晶体管的制备方法。

Composite channel transistors and their preparation methods

The present invention discloses a composite channel transistor, including interlayer dielectric layer on a semiconductor substrate, a gate located in an interlayer dielectric layer, a grid dielectric layer on a grid, a composite channel layer on a grid dielectric layer and an interlayer dielectric layer, a source leakage region at both ends of the composite channel layer, and an interlayer dielectric layer. The passivation layer is coated around the compound channel layer and the upper surface; the source and drain electrodes are located in the passivation layer and connected to the source and drain area. The invention uses high mobility graphene and organic thin film with adjustable band gap to form compound channel layer. It can effectively solve the problem that graphene has no band gap and low mobility of organic thin film transistors. The composite channel transistor with high mobility is prepared, and it can be compatible with the existing CMOS process and can be prepared. It is simple and feasible to prepare small size and large scale composite channel transistor arrays conveniently. The invention also discloses a method for preparing the composite channel transistor.

【技术实现步骤摘要】
复合沟道晶体管及其制备方法
本专利技术涉及半导体集成电路制造
，更具体地，涉及一种复合沟道晶体管及其制备方法。
技术介绍
随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比例缩小，芯片集成度不断提高，传统基于硅半导体器件由于工艺极限和各种负面效应，已很难再满足器件和电路的性能和功耗要求。国内外各大科研机构和半导体制造商纷纷研究各种新材料及新器件结构，以期取代现有的硅半导体器件。近年来，石墨烯因其超高的电子迁移率(可达200000cm2/Vs)成为研究的热点，但是由于石墨烯不具备带隙(bandgap)，使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。另一方面,随着有机导电聚合物的发展，针对无机场效应管的绝缘层、半导体和栅极，都开始有人尝试用有机物来进行替代，从而发展成一种新型的有机薄膜场效应晶体管。与无机薄膜场效应晶体管相比，有机薄膜场效应晶体管具有下述主要优点：(1)有机薄膜的成膜技术更多、更新(如分子自组装技术)，器件的尺寸能做得更小(分子尺度)，集成度更高，并可有效降低操作功率。(2)有机场效应管的制作工艺也更为简单(它并不要求严格地控制气氛条件和苛刻的纯度要求)，因而能有效地降低器件的成本。(3)有机薄膜通过对有机分子的结构进行调整和修饰，可以调节其带隙的大小。但是，大多数有机材料因其迁移率都很小，从而其导电性并不尽如人意。因此，如何利用石墨烯和有机薄膜各自的优点，制备出高迁移率的复合沟道晶体管，并能和CMOS工艺兼容，是急需解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种复合沟道晶体管及其制备方法。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种复合沟道晶体管，自下而上包括：位于半导体衬底上的层间介电层；位于层间介电层中的栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；位于复合沟道层两端的源漏区；位于层间介电层上的钝化层，所述钝化层将复合沟道层的四周及上表面包覆；位于钝化层中的源漏电极，所述源漏电极连接源漏区；其中，所述复合沟道层为至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层。优选地，所述有机薄膜材料为并苯、低聚噻吩、二萘嵌苯、萘、蒽、红荧烯、TTF衍生物中的至少一种。所述栅极材料为金属、多晶硅和导电聚合物中的至少一种。所述栅极介电层材料为SiO2、SiN、SiON、高k介电材料、金属氧化物和有机绝缘材料中的至少一种。优选地，所述源漏区通过对栅极两侧的层间介电层上方的石墨烯薄膜掺杂而形成。本专利技术还提供了一种复合沟道晶体管的制备方法，包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，并在所述层间介电层上形成一凹槽；步骤S02：在所述凹槽中沉积栅极材料，形成栅极；步骤S03：在所述栅极上形成栅极介电层；步骤S04：在所述栅极介电层上形成复合沟道层；步骤S05：在所述复合沟道层的两端形成源漏区；步骤S06：在所述复合沟道层上的器件表面形成钝化层；步骤S07：在所述源漏区上方的钝化层中形成源漏电极；其中，所述复合沟道层由至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层形成。优选地，步骤S04中，通过沉积和/或转移工艺，形成复合沟道层。优选地，步骤S05中，所述源漏区通过对栅极两侧的层间介电层上方的石墨烯薄膜掺杂而形成。优选地，当所述复合沟道层的最上层为石墨烯层时，通过直接对所述复合沟道层两侧的石墨烯薄膜进行掺杂，形成所述源漏区；当所述复合沟道层的最上层为有机薄膜层时，先通过光刻、刻蚀工艺，去除所述复合沟道层两侧的有机薄膜层，使其下方的石墨烯层露出，然后，通过对露出部分的石墨烯薄膜进行掺杂，形成所述源漏区。优选地，步骤S07中，所述源漏电极为金属、导电聚合物和石墨烯中的至少一种。从上述技术方案可以看出，本专利技术通过选用具有高迁移率的石墨烯和具有可调带隙的有机薄膜共同形成复合沟道层，并采用掺杂在石墨烯薄膜中形成源漏区，能够有效解决石墨烯没有带隙和有机薄膜晶体管迁移率低的问题，制备出具有高迁移率的复合沟道晶体管，并且能够与现有的CMOS工艺兼容，制备工艺简单可行，可方便地制备出小尺寸、大规模的复合沟道晶体管阵列。附图说明图1是本专利技术一较佳实施例的一种复合沟道晶体管结构示意图；图2-图3是本专利技术两种较佳实施例的复合沟道层结构示意图；图4是本专利技术一种复合沟道晶体管的制备方法流程示意图；图5-图11是根据图4的方法制备一种复合沟道晶体管时的工艺步骤示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本专利技术的实施方式时，为了清楚地表示本专利技术的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本专利技术的限定来加以理解。在以下本专利技术的具体实施方式中，请参阅图1，图1是本专利技术一较佳实施例的一种复合沟道晶体管结构示意图。如图1所示，本专利技术的一种复合沟道晶体管，自下而上至少包括：半导体衬底101，层间介电层102，栅极103、栅极介电层104、复合沟道层105、源漏区107，钝化层106，源漏电极108等组成场效应晶体管的器件结构。请参阅图1。栅极介电层104相连设置在位于下层的栅极103和位于上层的复合沟道层105之间。其中，栅极及栅极介电层的尺寸都小于复合沟道层的尺寸；并且，栅极及栅极介电层可大致位于复合沟道层下方的中部位置。在复合沟道层的两端设有场效应晶体管的源漏区(即一端为源区、另一端为漏区)107。栅极材料可采用金属、多晶硅、导电聚合物中的至少一种。其中，栅极金属例如可采用W、Cu、Al等；导电聚合物例如可采用聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺、聚苯撑、聚苯撑乙烯和聚双炔等。栅极介电层材料可采用SiO2、SiN、SiON、高k介电材料、金属氧化物、有机绝缘材料中的至少一种。其中，有机绝缘材料如氰乙基普鲁烷(CYEP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等。请参阅图2-图3，图2-图3是本专利技术两种较佳实施例的复合沟道层结构示意图。图1中的复合沟道层105为至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层结构。例如，如图2所示，复合沟道层105可以由位于下层的一层石墨烯薄膜105a和位于上层的一层有机薄膜105b所组成。或者，如图3所示，复合沟道层105也可以由位于下层的一层石墨烯薄膜105c、位于中层的一层有机薄膜105d和位于上层的另一层石墨烯薄膜105e的夹心结构所组成。本专利技术不限于此。有机薄膜材料可采用并苯、低聚噻吩、二萘嵌苯、萘、蒽、红荧烯、TTF衍生物中的至少一种。例如可采用并五苯、C60、C8-BTBT、四氰代二甲基苯醌、聚乙炔、聚噻吩和金属酞菁等。有机薄膜材料的带隙宽为0.75～3eV。源漏区107可以采用栅极上方的石墨烯薄膜形成；例如，源漏区可通过对栅极两侧的层间介电层上方复合沟道层中的石墨烯薄膜进行掺杂而在沟道两侧形成。其中，掺杂元素可以是As、B、P等。请继续参阅图1。本专利技术的复合沟道晶体管中在层间介电层上还设置有一个钝化层106；钝化层106从器件上方将复合沟道层105的四周及上表面包覆。在位于源漏区上方位置的钝化层中还设置有源漏电极(即源区上方设有源电极、漏区上方设有漏电极)108；源漏电极108连接源漏区107。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合沟道晶体管，其特征在于，自下而上包括：位于半导体衬底上的层间介电层；位于层间介电层中的栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；位于复合沟道层两端的源漏区；位于层间介电层上的钝化层，所述钝化层将复合沟道层的四周及上表面包覆；位于钝化层中的源漏电极，所述源漏电极连接源漏区；其中，所述复合沟道层为至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层。

【技术特征摘要】
1.一种复合沟道晶体管，其特征在于，自下而上包括：位于半导体衬底上的层间介电层；位于层间介电层中的栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层和层间介电层上的复合沟道层；位于复合沟道层两端的源漏区；位于层间介电层上的钝化层，所述钝化层将复合沟道层的四周及上表面包覆；位于钝化层中的源漏电极，所述源漏电极连接源漏区；其中，所述复合沟道层为至少一层石墨烯和至少一层有机薄膜所组成的叠层。2.根据权利要求1所述的复合沟道晶体管，其特征在于，所述有机薄膜材料为并苯、低聚噻吩、二萘嵌苯、萘、蒽、红荧烯、TTF衍生物中的至少一种。3.根据权利要求1所述的复合沟道晶体管，其特征在于，所述栅极材料为金属、多晶硅和导电聚合物中的至少一种。4.根据权利要求1所述的复合沟道晶体管，其特征在于，所述栅极介电层材料为SiO2、SiN、SiON、高k介电材料、金属氧化物和有机绝缘材料中的至少一种。5.根据权利要求1所述的复合沟道晶体管，其特征在于，所述源漏区通过对栅极两侧的层间介电层上方的石墨烯薄膜掺杂而形成。6.一种复合沟道晶体管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S01：提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成层间介电层，并在所述层间介电层上形成一凹槽；步骤S02：在所述凹...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟旻，陈寿面，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31