具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管。该场效应晶体管包括衬底、沉积在所述衬底上的绝缘层、沉积在所述绝缘层上的作为沟道的二硫化钼薄膜层、分别沉积在所述二硫化钼薄膜层上的源极和漏极、沉积在所述二硫化钼薄膜层上的介质层、沉积在所述介质层上的栅极；其特征在于，所述栅极的表面镀有应力材料层，所述应力材料层与所述介质层紧密结合。应力材料层的应力效应通过栅极和介质层传导到二硫化钼薄膜层,从而在作为沟道的二硫化钼薄膜层中引入拉伸应力，使二硫化钼薄膜层的载流子有效质量降低、晶格散射减弱，从而提高了N型载流子迁移率。本实用新型专利技术中的应力结构将有效改善场效应晶体管的性能，增大场效应晶体管的驱动电流。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体
，尤其涉及一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管。
技术介绍
数十年来，CMOS集成电路的器件尺寸一直按照摩尔定律在缩小，随着应变硅、高介电常数电介质(High-K)、鳍状结构薄膜晶体管(FinFet)等技术的相继应用，目前器件尺寸成功缩小到了 14nmο但由于体材料半导体不可避免的体效应，预计在5nm节点，体材料器件的进一步小型化将遇到难以克服的瓶颈。然而随着石墨烯、MoS2、MoSe2等薄膜半导体的发现，器件尺寸有望进一步缩小。由于薄膜半导体可以全耗尽且克服了短沟道效应，以MoS2为例，预计其最小沟道长度可达到2nm，强有力地支持摩尔定律的进一步发展。MoS2薄膜器件主要具有以下三个优点:1.与传统硅材料器件相比，可获得更小的器件特征尺寸以及更大的集成密度;2.器件开关电流比可达到108，具有较低的漏电功耗；3.可低成本制备出大面积连续MoS2薄膜(如通过CVD生长)。但目前所制得的MoS2薄膜场效应晶体管的电学特性仍不尽如人意，其缺陷主要表现在三个方面:l.MoS2薄膜的最高迀移率约为500cm2/V.S，但暴露在常温、空气环境中的MoS2薄膜载流子散射严重，迀移率约为0?10cm2/V.S，低于常规的硅材料器件;2.未经过优化处理的MoS2薄膜器件的亚阈值摆幅较大，开关态转换缓慢，限制了器件的响应速度，而且开关动作功耗较大;3.MoS2薄膜器件沟道开启较早，通常为耗尽型器件，需要施加负的栅极电压来保持其关断状态，引入了不必要的功耗。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题是，提供一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，在作为沟道的二硫化钼薄膜层中引入拉伸应力。本技术是这样实现的:—种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，包括衬底、沉积在所述衬底上的绝缘层、沉积在所述绝缘层上的作为沟道的二硫化钼薄膜层、分别沉积在所述二硫化钼薄膜层上的源极和漏极、沉积在所述二硫化钼薄膜层上的介质层、沉积在所述介质层上的栅极;所述栅极的表面镀有应力材料层，所述应力材料层与所述介质层紧密结合。进一步地，所述绝缘层为凸字形，从而使所述二硫化钼薄膜层形成一个拱起;所述介质层还沉积在所述源极和漏极上。进一步地，所述拱起位于所述栅极的正下方。进一步地，所述介质层为高电介质层。进一步地，所述高电介质层为二氧化铪、氧化铝或氧化镧镥。进一步地，所述应力材料层为类金刚石。进一步地，所述类金刚石为氮化硅。进一步地，所述栅极为氮化钛;所述源极及漏极均为钛金电极;所述钛金电极中的钛与所述二硫化钼薄膜接触。与现有技术相比，本技术在栅极表面镀应力材料层，该应力材料层的应力效应通过栅极和介质层传导到二硫化钼薄膜层，从而在作为沟道的二硫化钼薄膜层中引入拉伸应力，使二硫化钼薄膜层的载流子有效质量降低、晶格散射减弱，从而提高了N型载流子迀移率。本技术中的应力结构将有效改善场效应晶体管的性能，增大场效应晶体管的驱动电流。【附图说明】图1:本技术提供的一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管结构示意图；图2:本技术提供的另一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管结构示意图。【具体实施方式】为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。如图1所示，本技术提供了一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管。该场效应晶体管包括衬底1、沉积在衬底1上绝缘层2、沉积在绝缘层2上的二硫化钼薄膜层3、分别沉积在二硫化钼薄膜层3上的源极4和漏极5、沉积在二硫化钼薄膜层3上的介质层7、沉积在介质层7上的栅极6。二硫化钼薄膜层3作为沟道。与普通的薄膜场效应晶体管所不同的是，在本技术的场效应晶体管中，栅极6的表面还镀有应力材料层8，应力材料层8与介质层7紧密结合。应力材料层可采用氮化硅等类金刚石材料。类金刚石材料本身的拉伸应力在l-2GPa的范围，通过镀膜技术在栅极6表面沉积一层厚度在30-50nm的均匀类金刚石薄膜，并保证类金刚石薄膜和其下面的介质层7有很好的粘合性。类金刚石薄膜本身的拉伸应力可通过栅极6和介质层7传导至二硫化钼(M0S2)薄膜层3，从而在二硫化钼薄膜层3中引入拉伸应力，使二硫化钼薄膜层3的载流子有效质量降低、晶格散射减弱，从而提高了N型载流子迀移率。应力材料层8有望改善场效应晶体管的性能，增大其驱动电流。介质层7可采用二氧化铪、氧化铝、或氧化镧镥等高电介质材料，高电介质材料具有较小的有效栅氧厚度和较大的电容面密度，可使栅极6对沟道起到更好的控制作用，还可以对二硫化钼薄膜起到较好的掩蔽作用，减少二硫化钼的表面吸附，抑制载流子散射。采用高电介质层将有效改善场效应晶体管的亚阈区特性，使MoS2薄膜的迀移率获得较大提升，而应力的引入将进一步提高Mo&薄膜的迀移率，两者将共同提高场效应晶体管的驱动电流。栅极6为氮化钛，源极4及漏极5均采用钛金电极，钛金电极中的钛与二硫化钼薄膜层接触，即在二硫化钼薄膜层上生长一定厚度的钛金属，再在钛金属上生长一定厚度的金金属。金属钛和M0S2薄膜可以形成良好的欧姆接触并具有较小的接触电阻。可采用原子层气相沉积、磁控溅射、等离子体增强化学气相沉积、过滤阴极真空电弧等方法制备应力材料层8。在图1所示的结构中，二硫化钼薄膜层3在受到拉伸应力的同时，在二硫化钼薄膜层3内部也会产生压缩应力。将压缩应力去除，有助于更好地提升二硫化钼薄膜层3的迀移率。因此，可将绝缘层2设计为如图2所示的凸字形，由于绝缘层2上的凸起，二硫化钼薄膜层3将形成一个拱起。使该拱起的高度高于源极4和漏极5的高度，且位于栅极6的正下方，介质层7在沉积在二硫化钼薄膜层3上的同时，还沉积在源极4和漏极5上。这种结构中，由于二硫化钼薄膜层3中作为沟道区的拱起与其他区域不在同一水平上，因此，在应力材料层8通过栅极6和介质层7向该拱起施加拉伸应力的同时，化钼薄膜层3中的其他区域，尤其是处于源极4和漏极5的两侧及下方的区域将不会受到明显的压缩应力，从而减少了二硫化钼薄膜层3可能受到的压缩应力，提升了二硫化钼薄膜层3的迀移率。以上所述仅为本技术的较佳实施例而已，并不用以限制本技术，凡在本技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。【主权项】1.一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，包括衬底、沉积在所述衬底上的绝缘层、沉积在所述绝缘层上的作为沟道的二硫化钼薄膜层、分别沉积在所述二硫化钼薄膜层上的源极和漏极、沉积在所述二硫化钼薄膜层上的介质层、沉积在所述介质层上的栅极；其特征在于，所述栅极的表面镀有应力材料层，所述应力材料层与所述介质层紧密结入口 Ο2.如权利要求1所述的具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述绝缘层为凸字形，从而使所述二硫化钼薄膜层形成一个拱起;所述介质层还沉积在所述源极和漏极上。3.如权利要求2所述的具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述拱起位于所述栅极的正下方。4.如权利要求1所述的具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，其特征在于，所述介质层为高电介质层。5.如权利要求4所述的具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有应力结构的二硫化钼薄膜场效应晶体管，包括衬底、沉积在所述衬底上的绝缘层、沉积在所述绝缘层上的作为沟道的二硫化钼薄膜层、分别沉积在所述二硫化钼薄膜层上的源极和漏极、沉积在所述二硫化钼薄膜层上的介质层、沉积在所述介质层上的栅极；其特征在于，所述栅极的表面镀有应力材料层，所述应力材料层与所述介质层紧密结合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新科，刘强，何佳铸，俞文杰，韩舜，曹培江，柳文军，曾玉祥，贾芳，朱德亮，吕有明，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：新型
国别省市：广东;44