包括金属-二维材料-半导体接触的半导体器件制造技术

本公开提供包括金属-二维材料-半导体接触的半导体器件。一种半导体器件包括半导体层、电接触半导体层的金属层、以及在半导体层与金属层之间并具有二维晶体结构的二维材料层。

【技术实现步骤摘要】

示例实施方式涉及一种半导体器件，更具体地，涉及包括二维材料层的半导体器件，该二维材料层具有二维晶体结构并插置在金属和半导体之间以降低它们之间的比接触电阻率。
技术介绍
半导体器件包括在半导体器件的特定部分中彼此接触以与外部交换电信号的金属和半导体。金属具有比半导体低的电阻率并能够更容易地布线到外部环境。然而，在此情形下，由于半导体和金属之间的异质接触而产生比接触电阻率。为了降低这样的比接触电阻率，已经提出了用于降低半导体和金属之间的肖特基能量势垒的各种方法。例如，具有约4eV的功函数的金属用于n型半导体并且具有约5eV的功函数的金属用于p型半导体。然而，由于当金属的功函数被钉扎在半导体的表面上时发生的现象，所以在降低肖特基能量势垒上存在限制，而与金属的类型无关。作为另一种方法，耗尽区宽度可以通过将半导体的接触金属的表面掺杂为具有相对高的浓度而减小。然而，虽然随着对于具有更小尺寸的半导体器件的需求逐渐增加，需要进一步增大掺杂浓度，但是在增大掺杂浓度、保持稳定的掺杂状态并根据掺杂浓度的增大而减小耗尽区宽度的方法中存在限制。
技术实现思路
额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而变得明显，或者可以通过实践给出的示例实施方式而知悉。根据示例实施方式，一种半导体器件包括：半导体层，包括被掺杂为第一导电类型的阱区以及被掺杂为与第一导电类型电性相反的第二导电类型的源极区和漏极区；金属层，电接触半导体层；以及二维材料层，在半导体层和金属层之间，二维材料层具有二维晶体结构，并包括在源极区上的第一
二维材料层以及在漏极区域上的第二二维材料层。金属层包括在第一二维材料层上的源电极以及在第二二维材料层上的漏电极。二维材料层可以由包括石墨烯和纳米晶体石墨烯(nc-G)中的至少一种的碳基2D材料形成。二维材料层可以由过渡金属二硫属化物形成，该过渡金属二硫属化物包括MoS2、WS2、TaS2、HfS2、ReS2、TiS2、NbS2、SnS2、MoSe2、WSe2、TaSe2、HfSe2、ReSe2、TiSe2、NbSe2、SnSe2、MoTe2、WTe2、TaTe2、HfTe2、ReTe2、TiTe2、NbTe2和SnTe2中的至少一种。二维材料层可以包括TiOx、NbOx、MnOx、VaOx、TaO3、WO3、MoCl2、CrCl3、RuCl3、BiI3、PbCl4、GeS、GaS、GeSe、GaSe、PtSe2、In2Se3、GaTe、InS、InSe、InTe、六方BN(h-BN)和磷烯(phosphorene)中的至少一种。二维材料层可以具有通过用其它元素替代二维晶体结构的一些元素和使其它元素结合到二维晶体结构之一而获得的掺杂结构。二维材料层可以是纳米线图案、纳米狭缝图案、纳米点图案和纳米孔图案中的一种。二维材料层的厚度可以使得半导体层与金属层之间的比接触电阻率等于或小于10-7Ω·cm2。二维材料层的厚度可以在约0.3nm至约5nm的范围内。二维材料层可以包括多层的具有厚度T1的单层二维晶体结构，二维材料层的总厚度TD可以是所有的单层二维晶体结构的厚度T1的总和。半导体层的接触二维材料层的表面可以用单层原子表面处理。金属层可以包括金属材料并且半导体层可以包括半导体材料，半导体器件还可以包括在二维材料层和金属层之间的界面层，该界面层包括金属材料和半导体材料的化合物。半导体器件还可以包括：在源极区和漏极区之间的阱区上的栅绝缘膜；在栅绝缘膜上的栅电极；以及围绕栅绝缘膜的侧壁和栅电极的侧壁的间隔物。第一二维材料层和第二二维材料层中的每个可以接触间隔物的下表面。第一二维材料层和第二二维材料层中的每个可以接触间隔物的侧表面。源极区和漏极区的每个的掺杂浓度可以等于或高于1019/cm3。根据示例实施方式，一种半导体器件包括：栅绝缘膜，在栅电极和未掺
杂的半导体层之间；金属层，电接触半导体层；以及二维材料层，在半导体层和金属层之间，二维材料层具有二维晶体结构，该二维晶体结构包括非碳基二维晶体。金属层可以包括在栅绝缘膜上并面对半导体层的第一侧表面的源电极以及在栅绝缘膜上并面对半导体层的第二侧表面的漏电极，并且二维材料层可以包括在源电极和半导体层的第一侧表面之间的第一二维材料层以及在漏电极和半导体层的第二侧表面之间的第二二维材料层。第一二维材料层可以弯曲以从半导体层的第一侧表面延伸直到半导体层的上表面的第一区域，第二二维材料层可以弯曲以从半导体层的第二侧表面延伸直到半导体层的上表面的第二区域。根据示例实施方式，一种半导体器件包括：栅绝缘膜，在未掺杂的半导体层和栅电极之间；第一二维材料层，邻近栅绝缘膜的第一侧表面，第一二维材料层具有包括非碳基二维晶体的二维晶体结构；第二二维材料层，邻近栅绝缘膜的与第一侧表面相反的第二侧表面，第二二维材料层具有包括非碳基二维晶体的二维晶体结构；源电极，在第一二维材料层上；以及漏电极，在第二二维材料层上。源电极和漏电极可以与栅绝缘膜间隔开。附图说明从以下结合附图的对示例实施方式的描述，这些和/或其它的方面将变得明显且更易于理解，在附图中：图1是示意性地示出根据示例实施方式的半导体器件的结构的截面图；图2示意性地示出根据比较示例的半导体器件的能带图，该半导体器件不包括二维材料层；图3A示意性地示出当其中的二维材料层是非碳基二维晶体时图1中示出的半导体器件的能带图；图3B示意性地示出当其中的二维材料层是碳基二维晶体时图1中示出的半导体器件的能带图；图4是示出比接触电阻率根据二维材料层的类型的变化的曲线图；图5和图6是示意性地示出具有不同数目的二维材料层的半导体器件的结构的截面图；图7A至图7D是示意性地示出二维材料层的各种图案的示例的平面图；图8是示意性地示出根据示例实施方式的半导体器件的结构的截面图；图9是示意性地示出根据示例实施方式的半导体器件的结构的截面图；图10是示意性地示出根据示例实施方式的半导体器件的结构的截面图；以及图11是示意性地示出根据示例实施方式的半导体器件的结构的截面图。具体实施方式现在将详细参照包括金属-二维材料-半导体的接触的半导体器件，其示例在附图中示出，其中相同的附图标记始终指代相同的元件。此外，为了说明的方便和为了清晰，附图中示出的每个层的尺寸可以被夸大。在这点上，当前的实施方式可以具有不同的形式而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此，以下通过参照附图仅描述了实施方式以说明本说明书的多个方面。在层结构中，当一组成元件设置“在”另一组成元件“上方”或“上”时，该组成元件可以仅直接在所述另一组成元件上或者以不接触的方式在所述另一组成元件上方。将理解，当一元件被称为“在”另一部件“上”、“连接到”、“电连接到”或“联接到”另一部件时，它可以直接在该另一部件上、直接连接到、直接电连接到或直接联接到该另一部件，或者可以存在居间的部件。相反，当一部件被称为“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”、“直接电连接到”或“直接联接到”另一部件时，没有居间的部件存在。当在这里使用时，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项目的任意和所有组合。将理解，虽然术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述不同的元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：半导体层，包括被掺杂为第一导电类型的阱区以及被掺杂为与所述第一导电类型电性相反的第二导电类型的源极区和漏极区；金属层，电接触所述半导体层；以及二维材料层，在所述半导体层和所述金属层之间，所述二维材料层具有二维晶体结构，所述二维材料层包括，在所述源极区上的第一二维材料层，和在所述漏极区上的第二二维材料层，其中所述金属层包括在所述第一二维材料层上的源电极以及在所述第二二维材料层上的漏电极。

【技术特征摘要】
2015.05.20 KR 10-2015-0070567;2015.08.04 KR 10-2011.一种半导体器件，包括：半导体层，包括被掺杂为第一导电类型的阱区以及被掺杂为与所述第一导电类型电性相反的第二导电类型的源极区和漏极区；金属层，电接触所述半导体层；以及二维材料层，在所述半导体层和所述金属层之间，所述二维材料层具有二维晶体结构，所述二维材料层包括，在所述源极区上的第一二维材料层，和在所述漏极区上的第二二维材料层，其中所述金属层包括在所述第一二维材料层上的源电极以及在所述第二二维材料层上的漏电极。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层包括碳基二维材料。3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中所述碳基二维材料是石墨烯和纳米晶体石墨烯(nc-G)中的至少一种。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层包括过渡金属二硫属化物。5.根据权利要求4所述的半导体器件，其中所述过渡金属二硫属化物包括MoS2、WS2、TaS2、HfS2、ReS2、TiS2、NbS2、SnS2、MoSe2、WSe2、TaSe2、HfSe2、ReSe2、TiSe2、NbSe2、SnSe2、MoTe2、WTe2、TaTe2、HfTe2、ReTe2、TiTe2、NbTe2和SnTe2中的至少一种。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层包括TiOx、NbOx、MnOx、VaOx、TaO3、WO3、MoCl2、CrCl3、RuCl3、BiI3、PbCl4、GeS、GaS、GeSe、GaSe、PtSe2、In2Se3、GaTe、InS、InSe、InTe、六方BN(h-BN)和磷烯中的至少一种。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层具有通过用其它元素替代所述二维晶体结构中的一些元素和使其它元素与所述二维晶体结构结合之一获得的掺杂结构。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层是纳米线图案、纳米狭缝图案、纳米点图案和纳米孔图案中的一种。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述二维材料层的厚度使得所述半导体层与所述金属层之间的比接触电阻率等于或小于10-7Ω·cm2。10.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述二维材料层的厚度在0.3nm至5nm的范围内。11.根据权利要求9所述的半导体器件，其中所述二维材料层包括多层的具有厚度T1的单层二维晶体结构；以及所述二维材料层的总厚度TD是...

【专利技术属性】
技术研发人员：李珉贤，金海龙，申铉振，南胜杰，朴晟准，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR