一种半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种半导体装置及其制造方法。该半导体装置包括：半导体衬底；位于该半导体衬底上的绝缘层；以及位于该绝缘层上的沟道结构；其中，该沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于该鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。进一步地，在二维半导体层沟道上分别形成栅极、源极和漏极后，源极、漏极分别与二维半导体层形成肖特基势垒，当在栅极施加电压后，电子可以从源极通过隧穿效应经过二维半导体层沟道和鳍式半导体层沟道，再通过隧穿效应到达漏极。由于电子能够通过隧穿效应从源极进入二维半导体层沟道，因此不再受欧姆接触的影响，从而可以提高器件性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种半导体装置及其制造方法。
技术介绍
目前，使用二维半导体层能够降低功率损耗，这是因为与厚半导体层相比，半导体层的二维结构能够提高栅电极的静电控制并且降低短沟道效应。最小的可允许的沟道长度正比于材料厚度的平方根因此通过使用较薄的材料，可以制造带有较短沟道的晶体管。就0.65nm厚的单层MoS2而言，带有1.5nm长的沟道的晶体管仍然具有晶体管功能。但是对于较少层二维半导体层的FET，接触电阻成为一个挑战，其欧姆接触的电阻较高，影响了FET的器件性能。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是：提供一种带有二维半导体层沟道和鳍式半导体层沟道的半导体装置。根据本专利技术的第一方面，提供了一种半导体装置，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的绝缘层；以及位于所述绝缘层上的沟道结构；其中，所述沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于所述鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。进一步，所述二维半导体层沟道包括：一个或多个二维半导体层。进一步，所述鳍式半导体层沟道的材料包括：锗、硅；和/或所述二维半导体层沟道的材料包括：过渡金属硫族化合物TMD、硅烯、黑磷。进一步，所述TMD包括：MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2或者WTe2。进一步，所述鳍式半导体层沟道的厚度为5～50nm；和/或所述二维半导体层沟道的厚度为2～10nm。进一步，所述半导体装置还包括：位于所述沟道结构的一部分上的栅极氧化物和栅极；以及位于所述栅极两边且位于所述沟道结构上的源极和漏极。进一步，所述半导体装置还包括：位于所述源极与所述二维半导体层沟道之间以及位于所述漏极与所述二维半导体层沟道之间的第一氧化物；和/或位于所述鳍式半导体层沟道与所述二维半导体层沟道之间的第二氧化物。进一步，所述第一氧化物的材料包括：TiO2或SiO2；和/或所述第二氧化物的材料包括：TiO2或SiO2。进一步，所述第一氧化物和/或所述第二氧化物的厚度为1～2nm。进一步，所述半导体装置还包括：位于所述栅极与所述源极之间以及位于所述栅极与所述漏极之间的间隔物。进一步，所述半导体装置还包括：位于所述源极以下且在所述沟道结构中的源区；以及位于所述漏极以下且在所述沟道结构中的漏区。根据本专利技术的第二方面，提供了一种半导体装置的制造方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成绝缘层；以及在所述绝缘层上形成沟道结构；其中，所述沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于所述鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。进一步，在所述绝缘层上形成沟道结构的步骤包括：在所述绝缘层上形成鳍式半导体层沟道；以及在所述鳍式半导体层沟道上沉积形成二维半导体层沟道。进一步，所述半导体装置的制造方法还包括：在所述沟道结构的一部分上形成栅极氧化物和栅极；在所述栅极两边且在所述沟道结构上形成源极和漏极。进一步，在所述沟道结构的一部分上形成栅极氧化物和栅极的步骤包括：在所述沟道结构上形成第一氧化物，其中，所述第一氧化物的一部分作为栅极氧化物；在所述栅极氧化物上形成栅极。进一步，在所述鳍式半导体层沟道上沉积形成二维半导体层沟道之前，所述半导体装置的制造方法还包括：在所述鳍式半导体层沟道上形成第二氧化物。进一步，在所述栅极两边且在所述沟道结构上形成源极和漏极的步骤包括：在所述第一氧化物上形成源极和漏极；或者刻蚀所述第一氧化物的至少一部分以暴露所述二维半导体层沟道的至少一部分，并且在至少被暴露的二维半导体层沟道上形成源极和漏极。进一步，在所述沟道结构的一部分上形成栅极之前，所述半导体装置的制造方法还包括：去除所述鳍式半导体层沟道两边且位于所述绝缘层上的第一氧化物的一部分、二维半导体层沟道的一部分以及第二氧化物的一部分。进一步，在所述栅极两边且在所述沟道结构上形成源极和漏极之前，所述半导体装置的制造方法还包括：以所述栅极为掩模，去除所述栅极两边被暴露的第一氧化物、二维半导体层沟道和第二氧化物。进一步，在所述栅极两边且在所述沟道结构上形成源极和漏极之前，所述半导体装置的制造方法还包括：在所述栅极两边形成间隔物。进一步，在所述栅极两边形成间隔物之前，所述半导体装置的制造方法还包括：以所述栅极为掩模，通过轻掺杂漏极注入工艺在所述沟道结构中形成源区和漏区。进一步，在所述绝缘层上形成鳍式半导体层沟道的步骤包括：通过化学气相沉积在所述绝缘层上沉积多晶半导体；对所述多晶半导体执行离子注入形成N型阱区和/或P型阱区；对所述多晶半导体执行激光退火形成类晶半导体；通过光刻和干法刻蚀对所述类晶半导体执行鳍式图案化形成鳍式半导体层沟道。本专利技术中，提供了一种双沟道的半导体装置及其制造方法。该半导体装置包括：半导体衬底；位于该半导体衬底上的绝缘层；以及位于该绝缘层上的沟道结构；其中，该沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于该鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。进一步地，在二维半导体层沟道上分别形成栅极、源极和漏极后，源极、漏极分别与二维半导体层形成肖特基势垒，当在栅极施加电压后，电子可以从源极通过隧穿效应经过二维半导体层沟道和鳍式半导体层沟道，再通过隧穿效应到达漏极。由于电子能够通过隧穿效应从源极进入二维半导体层沟道，因此不再受欧姆接触的影响，从而可以提高器件性能。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1A是示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置的制造方法的流程图。图1B是示意性地示出根据本专利技术一些实施例的半导体装置垂直于鳍式半导体层沟道方向的截面立体图。图2A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截面图。图2B是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中B-B’方向的横截面图。图3A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截面图。图3B是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中B-B’方向的横截面图。图4A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截面图。图4B是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中B-B’方向的横截面图。图5A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截面图。图5B是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中B-B’方向的横截面图。图6A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截面图。图6B是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中B-B’方向的横截面图。图7A是示意性地示出根据本专利技术另一些实施例的半导体装置制造方法的一个阶段的结构沿着图9中A-A’方向的横截本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的绝缘层；以及位于所述绝缘层上的沟道结构；其中，所述沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于所述鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的绝缘层；以及位于所述绝缘层上的沟道结构；其中，所述沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于所述鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。2.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述二维半导体层沟道包括：一个或多个二维半导体层。3.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述鳍式半导体层沟道的材料包括：锗、硅；和/或所述二维半导体层沟道的材料包括：过渡金属硫族化合物TMD、硅烯、黑磷。4.根据权利要求3所述半导体装置，其特征在于，所述TMD包括：MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、WSe2或者WTe2。5.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，所述鳍式半导体层沟道的厚度为5～50nm；和/或所述二维半导体层沟道的厚度为2～10nm。6.根据权利要求1所述半导体装置，其特征在于，还包括：位于所述沟道结构的一部分上的栅极氧化物和栅极；以及位于所述栅极两边且位于所述沟道结构上的源极和漏极。7.根据权利要求6所述半导体装置，其特征在于，还包括：位于所述源极与所述二维半导体层沟道之间以及位于所述漏极与所述二维半导体层沟道之间的第一氧化物；和/或位于所述鳍式半导体层沟道与所述二维半导体层沟道之间的第二氧化物。8.根据权利要求7所述半导体装置，其特征在于，所述第一氧化物的材料包括：TiO2或SiO2；和/或所述第二氧化物的材料包括：TiO2或SiO2。9.根据权利要求7所述半导体装置，其特征在于，所述第一氧化物和/或所述第二氧化物的厚度为1～2nm。10.根据权利要求6所述半导体装置，其特征在于，还包括：位于所述栅极与所述源极之间以及位于所述栅极与所述漏极之间的间隔物。11.根据权利要求6所述半导体装置，其特征在于，还包括：位于所述源极以下且在所述沟道结构中的源区；以及位于所述漏极以下且在所述沟道结构中的漏区。12.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成绝缘层；以及在所述绝缘层上形成沟道结构；其中，所述沟道结构包括：鳍式半导体层沟道和位于所述鳍式半导体层沟道上的二维半导体层沟道。13.根据权利要求12所述半导体装置的制造方法，其特征在于，在所述绝缘层上形成沟道结构的步骤包括：在所述绝缘层上形成鳍式半导体层...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖德元，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31