半导体元件制造方法技术

一种半导体元件制造方法，包括通过将等离子施加到多个金属二硫族化物膜，来等离子蚀刻设置在基板上的多个金属二硫族化物膜的一部分，此多个金属二硫族化物膜包含金属和硫族元素的化合物。在等离子蚀刻之后，将硫族元素施加到多个金属二硫族化物膜的剩余部分，以修复等离子蚀刻对多个金属二硫族化物膜的剩余部分的损伤。所述硫族元素是S、Se或Te。

【技术实现步骤摘要】
半导体元件制造方法
本揭示是关于用于半导体元件的二维(2D)材料，并且更特别地是关于2D晶体异质结构及其制造方法。
技术介绍
二维半导体(亦称为2D半导体)是一种具有原子尺度厚度的天然半导体。2D单层半导体是值得注意的，因为它表现出比传统使用的体形式更强的压电耦合，此使得能够在用于感测和致动的新电子部件中进行2D材料应用。过渡金属二硫族化物(Transitionmetaldichalcogenides)已经用于2D元件。用于元件应用的单2D过渡金属二硫族化物材料的效能正达到上限。因为2D材料非常薄，如单个单层一般薄，所以蚀刻2D材料难以在不损坏2D材料的剩余未蚀刻部分的情况下进行。
技术实现思路
一种制造半导体元件的方法包括通过将等离子施加到多个金属二硫族化物膜，来等离子蚀刻设置在基板上的多个金属二硫族化物膜的一部分，此多个金属二硫族化物膜包含金属和硫族元素的化合物。在等离子蚀刻之后，将硫族元素施加到多个金属二硫族化物膜的剩余部分，以修复等离子蚀刻对多个金属二硫族化物膜的剩余部分的损伤。所述硫族元素是S、Se或Te。附图说明当结合附图阅读时，从以下详细描述可以最好地理解本揭示案。应强调的是，根据行业中的标准惯例，各个特征并未按比例绘制并且仅用于说明目的。事实上，为了论述的清楚性，可以任意地增大或缩小各个特征件的尺寸。图1A和图1B绘示根据本揭示的一个实施方式的半导体元件的平面图和剖面图；图2绘示了暴露于蚀刻剂达不同时间段的MoS2膜的拉曼光谱；图3绘示了在暴露于蚀刻剂之后经历再硫化达不同时间段的MoS2膜的拉曼光谱；图4绘示了暴露于蚀刻剂达不同时间段的MoS2膜的X射线光电子光谱曲线；图5绘示了在暴露于蚀刻剂之后经历再硫化达不同时间段的MoS2膜的光致发光光谱；图6绘示了根据本揭示的实施方式的元件的漏极电压对漏极电流；图7A和图7B是根据本揭示的一个实施方式的用于形成半导体元件的方法的顺序级的平面图和剖面图；图8A和图8B是根据本揭示的一个实施方式的用于形成半导体元件的方法的顺序级的平面图和剖面图；图9A和图9B是根据本揭示的一个实施方式的用于形成半导体元件的方法的顺序级的平面图和剖面图；图10是根据本揭示的一个实施方式的用于形成半导体元件的方法的顺序级的剖面图；图11A和图11B是根据本揭示的一个实施方式的用于形成半导体元件的方法的顺序级的平面图和剖面图；图12绘示了根据本揭示的实施方式的元件的栅极电压对漏极电流。具体实施方式应当理解，以下揭示内容提供了用于实施本揭露的不同特征的许多不同实施方式或实例。下文描述了部件和布置的特定实施方式或实例以简化本揭示案。这些当然仅仅是实例，而并非意欲为限制性的。例如，元件的尺寸不限于所揭示的范围或值，而是可以取决于元件的制程条件和/或所需的特性。此外，在接下来的描述中在第二特征上方或之上形成第一特征可以包括其中第一和第二特征形成为直接接触的实施方式，并且亦可以包括其中可以在第一和第二特征之间插置有额外特征，使得第一和第二特征可以不是直接接触的实施方式。为了简单和清楚起见，可以以不同的尺度任意绘制各种特征。此外，在本文中可以出于描述目的使用诸如“在……下方”、“在……下面”、“低于……”、“在……上方”、“在……上面”等之类的空间相对术语，从而描述一个元件或特征与另一元件或特征的关系，如图所示。空间相对术语意欲涵盖除了附图所绘示的取向之外，设备在使用或操作中的不同取向。此元件可以以其他方式取向(旋转90度或在其他取向上)，并且本文中所使用的空间相对描述词同样可以相应被解释。另外，术语“由......制成”可以意谓“包含”或“由......组成”。在本揭示的一些实施方式中，2D材料是具有约0.5nm至约10nm的层厚度的金属二硫族化物，(金属二硫族化物不包含金属氧化物)。在一些实施方式中，金属二硫族化物是过渡金属二硫族化物。在一些实施方式中，过渡金属二硫族化物选自由以下项组成的群组：MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2以及WTe2。最近已经在2D晶体异质结构领域中有增强2D元件效能方面的研究。2D晶体异质结构能够提供相较于单材料2D结构改良的元件效能。可以通过使用化学气相沉积(chemicalvapordeposition,CVD)生长或对预沉积的过渡金属进行硫化来垂直地建立2D晶体异质结构。例如，与MoS2晶体管相比，观察到了WS2/MoS2异质结构元件的显著漏极电流增加。具有MoS2和WS2/MoS2异质结构作为沟道的两个元件的场效应迁移率值分别为0.27cm2/V·s和0.69cm2/V·s。此结果指示II型带对准、从WS2到MoS2的电子注入、以及在热平衡下较高电子浓度的通道的形成可能是此种现象的原因。I型结构是产生强烈光致发光的单一材料单层，而II型结构由于II型异质结构的低得多的光学重组机率而产生显著更少的光致发光。图1A和图1B中绘示根据本揭示的一个实施方式的顶栅2D晶体异质结构半导体元件100。图1A是平面图，而图1B是半导体元件100的根据图1A的线A-A的剖面图。半导体元件100包括形成在基板10上的第一金属二硫族化物膜15。第二金属二硫族化物膜25形成在第一金属二硫族化物膜15上。源/漏电极35形成在第二金属二硫族化物膜25中。在本揭示中使用的源/漏电极35用于设计为源电极或漏电极。介电层40覆盖在第二金属二硫族化物膜25、源/漏电极35和基板10上方。栅电极45形成在介电层40的顶部上。在一些实施方式中，基板10包括绝缘体，诸如氧化硅或氧化铝基板。在一些实施方式中，合适的氧化硅基板包含硅上二氧化硅。在某些实施方式中，硅基板是导电基板，诸如p型掺杂的硅。在其他实施方式中，合适的氧化铝基板包括蓝宝石。在一些实施方式中，第一金属二硫族化物膜15和第二金属二硫族化物膜25的厚度为约0.5nm至约10nm。在一些实施方式中，第一金属二硫族化物膜15和第二金属二硫族化物膜25是彼此包含不同组成的过渡金属二硫族化物膜，组成选自以下项组成的群组：MoS2、WS2、MoSe2、WSe2、MoTe2和WTe2。在一些实施方式中，通过化学气相沉积形成第一金属二硫族化物膜15或第二金属二硫族化物膜25。在其他实施方式中，在基板10上形成金属膜，随后金属膜与除氧之外的硫族元素反应以形成第一金属二硫族化物膜15或第二金属二硫族化物膜25。源/漏电极35和栅电极45可以由包括多晶硅、石墨烯和金属的任何合适的导电材料形成。源/漏电极35可以通过化学气相沉积、原子层沉积(atomiclayerdeposition,ALD)、物理气相沉积(physicalvapordeposition,PVD)(溅射)、电镀或其他合适的方法形成。在一些实施方式中，介电层40是氧化硅，诸如二氧化硅。在其他实施方式中，介电层40是一层或更多层氮化硅或高介电常数介电层。介电层40可以通过化学气相沉积、原子层沉积或任何合适的方法形成。在一些实施方式中，介电层40的厚度在约1nm至约10nm的范围内。在一些实施方式中，源/漏电极35形成在第二金属二硫族化物膜25中的凹陷20(诸如接触窗开口)中。使用光刻和蚀刻操作在第二金属二硫族化物膜25中形成凹陷20。因为2D金属硫族化物膜非常本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体元件制造方法，其特征在于，包括：通过将一等离子施加到多个金属二硫族化物膜，来等离子蚀刻设置在一基板上的所述多个金属二硫族化物膜的一部分，所述多个金属二硫族化物膜包含一金属和一硫族元素的一化合物；以及在该等离子蚀刻之后，将一额外量的该硫族元素施加到所述多个金属二硫族化物膜的多个剩余部分，以修复该等离子蚀刻对所述多个金属二硫族化物膜的所述多个剩余部分的损伤，其中该硫族元素是S、Se或Te。

【技术特征摘要】
2017.03.17 US 62/472,658;2017.10.05 US 15/726,0381.一种半导体元件制造方法，其特征在于，包括：通过将一等离子施加到多个金属二硫族化物膜，来等离子蚀刻设...

【专利技术属性】
技术研发人员：林时彦，陈冠超，李嗣涔，潘正圣，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，林时彦，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71