一种半导体结构及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底、沟道层、源/漏区、栅介质和栅极，其中：所述沟道层位于所述衬底之上，并在边缘处与所述源/漏区相接；所述栅介质位于所述沟道层之上；所述栅极位于所述栅介质之上；所述栅介质的材料是六方氮化硼；所述沟道层的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯。本发明专利技术还提供一种制造上述半导体结构的方法。用h-BN替代氧化硅或高k介质作为场效应器件的栅介质层，尤其h-BN与单原子层/双原子层硅、石墨烯接触的界面非常理想，不会有类似Si-SiO2界面的陷阱电荷、固定电荷等缺陷的问题，以h-BN做栅介质可以获得更好的器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体结构的制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其制造方法。
技术介绍
随着传统硅基晶体管的尺寸逐渐微型化到分子尺度，在纳米级的输运结方面已经进行了大量的研究工作，期望能够对单个或几个有机分子的电学性质进行表征。在纳米电子和分子电子学领域的最终目标是获得单分子或单原子晶体管。原则上，单分子尺度的晶体管器件能够克服半导体材料的低载流子浓度缺陷，而表现出很好的场效应晶体管性质。为实现这一终极目标，至关重要的是制备新材料、研制新型器件结构及为获得高载流子迁移率和高栅效率而进行的参数优化新方法。目前，石墨烯由于其独特的性质及维度，已被广泛用于先进CMOS器件的研究中，用作沟道层、源/漏区接触以及栅电极的接触材料。六方氮化硼(h-BN)具有与石墨烯非常类似的层状结构，包括同样的层间距和面内六方晶格，甚至类似的强面内共价键与层间弱范德瓦尔斯力。尽管具有如此类似的结构，h-BN的性质却与石墨非常不同。h-BN具有非常好的力学特性，最突出的是其更强的热与化学稳定性，同时，h-BN还是一种非常有前景的绝缘材料，其禁带宽度为5.5eV。h-BN又被称为“白石墨烯”。因此希望能将六方氮化硼(h-BN)的特性用于半导体器件中。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种半导体结构的制造方法，采用六方氮化硼(h-BN)作为场效应晶体管的栅介质，制作新型的纳米场效应器件。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种半导体结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：a)提供半导体衬底，所述衬底上形成沟道层，所述沟道层为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯；b)对所述沟道层进行图形化，形成各个场效应晶体管对应的沟道区；c)在所述沟道层边缘处和衬底上形成源/漏区；d)在所述沟道层上形成六方氮化硼构成的栅介质；e)在所述栅介质上形成栅极。相应地，本专利技术还提供了一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底、沟道层、源/漏区、栅介质和栅极，其中：所述沟道层位于所述衬底之上，并在边缘处与所述源/漏区相接；所述栅介质位于所述沟道层之上；所述栅极位于所述栅介质之上；所述栅介质的材料是六方氮化硼；以及所述沟道层的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯。其中，所述栅介质的材料是六方氮化硼(h-BN)，具有2～5个原子层的厚度。可选地，所述衬底与所述沟道层之间存在覆盖衬底的绝缘层，沟道层通过所述绝缘层与衬底实现介质隔离。所述绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。采用本专利技术提供的半导体结构及其制造方法，用h-BN替代氧化硅或高k介质作为场效应器件的栅介质层，尤其h-BN与单原子层/双原子层硅、石墨烯接触的界面非常理想，不会有类似Si-SiO2界面的陷阱电荷、固定电荷等缺陷的问题，以h-BN做栅介质可以获得更好的器件性能，可以得到一种新型的纳米级场效应晶体管器件，可以在纳米级实现宏观场效应晶体管器件的所有功能，如高迁移率和高开关比，大大缩小了器件的尺寸。另一方面，h-BN的沉积刻蚀工艺可以与现有的硅基半导体加工工艺技术很好的兼容。附图说明通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1是根据本专利技术的半导体结构的制造方法的具体实施方式的流程图；图2至图6是根据图1示出的方法制造半导体结构过程中该半导体结构在各个制造阶段的剖视结构示意图；附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本专利技术。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本专利技术提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。下面首先对本专利技术提供的半导体结构进行概述，请参考图6，示出了根据本专利技术的一个实施例的半导体结构。该半导体结构包括衬底100、沟道层200、源/漏区300、栅介质400和栅极410，其中：所述沟道层200位于所述衬底100之上，并在边缘处与所述源/漏区300相接；所述栅介质400位于所述沟道层200之上；所述栅极410位于所述栅介质400之上；所述栅介质400的材料是六方氮化硼(h-BN)，具有2～5个原子层的厚度；所述沟道层200的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯；可选地，所述衬底100与所述沟道层200之间存在覆盖衬底100的绝缘层(未在图中示出)，沟道层200通过所述绝缘层与衬底100实现介质隔离。所述绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。下文对该半导体结构的一种制造方法进行阐述。请参考图1，该方法包括：步骤S100，提供衬底100，在所述衬底100上形成一层沟道层200；步骤S101，对所述沟道层200进行图形化，形成各个场效应晶体管对应的沟道区；步骤S102，在所述沟道层200边缘处和衬底绝缘层110上形成源/漏区300；步骤S103，在所述沟道层200上形成栅介质400；步骤S104，在所述栅介质400上形成栅极410；下面结合图2至图5对步骤S100至步骤S104进行说明。需要说明的是，本专利技术各个实施例的附图仅是为了示意的目的，因此没有必要按比例绘制。参考图2，执行步骤S100，所示为衬底100，并在衬底上形成一层沟道层200。在本实施例中，衬底100包括硅衬底(例如晶片)。根据现有技术公知的设计要求(例如P型衬底或者N型衬底)，衬底100可以包括各种掺杂配置。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底(100)、沟道层(200)、源／漏区(300)、栅介质(400)和栅极(410)，其中：所述沟道层(200)位于所述衬底(100)之上，并在边缘处与所述源／漏区(300)相接：所述栅介质(400)位于所述沟道层(200)之上；所述栅极(410)位于所述栅介质(400)之上；所述栅介质400的材料是六方氮化硼(h‑BN)；以及所述沟道层(200)的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底(100)、沟道
层(200)、源／漏区(300)、栅介质(400)和栅极(410)，其中：
所述沟道层(200)位于所述衬底(100)之上，并在边缘处与所述源／漏
区(300)相接：
所述栅介质(400)位于所述沟道层(200)之上；
所述栅极(410)位于所述栅介质(400)之上；
所述栅介质400的材料是六方氮化硼(h-BN)；以及
所述沟道层(200)的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯。
2.根据权利要求1所述的结构，其特征在于：
还包括绝缘层，所述绝缘层位于所述衬底(100)与所述沟道层(200)
之间并覆盖整个衬底(100)。
3.根据权利要求2所述的结构，其特征在于：
所述绝缘层的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或组合。
4.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：
构成所述栅介质(400)的六方氮化硼(h-BN)具有2～5个原子层的厚度。
5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于：
所述源／漏区(300)是金属Ti、Cr、Au及其组合，或重掺杂多晶硅。
6.一种半导体结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：
a)提供半导体衬底(100)，所述衬底(100)上形成沟道层(200)，所
述沟道层(200)为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯；
b)对所述沟道层(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟汇才，梁擎擎，朱慧珑，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11