一种场效晶体管的制造方法技术

于一种场效晶体管制造方法中形成一金属钼层(Mo layer)于基板上。金属钼层经硫化后转换成二硫化钼层(MoS2 layer)。二硫化钼层上形成源电极以及漏电极。二硫化钼层经过低功率的氧气等离子处理。形成一栅极介电层于二硫化钼层上。形成一栅电极于栅极介电层上，而低功率的氧气等离子处理中电功率的输入范围为15瓦至50瓦。

【技术实现步骤摘要】
一种场效晶体管的制造方法
本揭示实施例是揭露一种关于使用二维材料的场效晶体管的制造方法，且特别是关于一种使用过渡金属二硫族化物的场效晶体管的制造方法。
技术介绍
石墨作为二维(2-D)的材料，已成为一种可应用在小于10纳米晶体管制程技术世代的潜力材料。然而，电流开关比(ON/OFFratio)较低的石墨烯晶体管由于自身的零能隙性质(zero-bondgapnature)限制了其实际的应用性。其他具有能隙的2-D材料，例如，过渡金属二硫族化物(TMD)，亦已在晶体管的应用上成功地引起人们的重视。
技术实现思路
依据本揭示的一态样是提供一种场效晶体管的制造方法，包含下列步骤。先形成一过渡金属二硫族化物(TMD)层于一基板上，并使用一低功率氧气等离子处理TMD层，且低功率氧气等离子的输入电功率范围为15瓦至50瓦。附图说明为让本揭示揭露的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，在阅读下述的说明书时请参照所附附图。值得注意的是，根据业界的标准做法，各种特征并非按比例绘制。事实上为清楚说明，这些特征的尺寸可任意放大或缩小。图1绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物材料制造场效晶体管(FET)的方法的示意流程图；图2A绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物材料制造场效晶体管(FET)的操作步骤的示范示意图；图2B绘示本揭示的部分实施方式中，依据图2A沿线段X1-X1的剖面示意图；图3A绘示本揭示的部分实施方式中，是二硫化钼层的拉曼光谱图(Ramanspectrum)；图3B绘示本揭示的部分实施方式中，是二硫化钼层的剖面于透射型电子显微镜(TEM)下的影像图；图4A至图4E绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物材料制造场效晶体管(FET)的方法的示意流程图；图5A绘示本揭示的部分实施方式中，二硫化钼层的X射线光电子能谱(XPS)图；图5B绘示本揭示的部分实施方式中，一种包含二硫化钼层的场效晶体管(FET)的漏电极电流-栅电极电压的特性曲线图；图6绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物材料制造场效晶体管(FET)的方法的示意流程图；图7A至图7E绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物材料制造场效晶体管(FET)的操作步骤的示范示意图。具体实施方式以下的说明将提供许多不同的实施方式或实施例来实施本揭露的主题。元件或排列的具体范例将在以下讨论以简化本揭露。当然，这些描述仅为部分范例且本揭露并不以此为限。例如，将第一特征是形成在第二特征上或上方，此一叙述不但包含第一特征和第二特征直接接触的实施方式，也包含其他特征形成在第一特征与第二特征之间，且在此情形下第一特征和第二特征不会直接接触的实施方式。此外，本揭露可能会在不同的范例中重复标号或文字。重复的目的是为了简化及明确叙述，而非界定所讨论的不同实施方式及配置间的关系。此外，空间相对用语如“下面”、“下方”、“低于”、“上面”、“上方”及其他类似的用语，在此是为了方便描述图中的一个元件或特征和另一个元件或特征的关系。空间相对用语除了涵盖图中所描绘的方位外，该用语更涵盖装置在使用或操作时的其他方位。也就是说，当该装置的方位与附图不同(旋转90度或在其他方位)时，在本揭露中所使用的空间相对用语同样可相应地进行解释。另外，“制成的”一词亦可以意指“包含”或“组成的”。图1绘示本揭示的部分实施方式中，一种使用过渡金属二硫族化物(TMD)材料制造场效晶体管(FET)的方法的流程图。图2A绘示本揭示的部分实施方式中，依据图1的操作步骤的示范示意图。然而亦可依据图1提供额外的步骤于本揭示的部分实施方式之前、之后或其中，且此处所述的某些步骤亦可被其他步骤所取代，甚至被省略。另外，此操作步骤/流程的顺序亦可以相互交换。TMD材料包含，例如二硫化钼(MoS2)或二硫化钨(WS2)，在本揭示的部分实施例中，以MoS2作为TMD材料。于图1与图2A绘示本揭示的操作示意图中包含以下三个部分，流程A(A1-A4)，流程B(B1-B3)以及流程C(C1-C2)。于流程A中，准备一TMD层(例如为MoS2)。于操作步骤A1中，准备一第一基板10(参阅图2A)。在一实施例中，此第一基板可为蓝宝石基板。其他晶体材料，例如硅、碳化硅、锗化硅或砷化镓，亦可作为第一基板10的合适材料。于操作步骤A2中，形成一金属层12(在一实施例中为金属钼，Mo)于第一基板10上。金属层12可以通过物理气相沉积的方式形成，例如RF溅射法。在一实施例中，金属层12的厚度介于0.5纳米至2纳米之间。在一实施例中，具有1.0纳米厚度的金属钼层12形成于蓝宝石基板上。操作步骤A3是硫化该金属层12。金属形成A2之后，将具有金属层12的第一基板10置放于热炉中，使之硫化。将硫磺粉做为硫源放置于乘载气流的上流侧，并通过加热使硫磺粉蒸发，蒸发的硫随着乘载气流到达基板并与金属层12发生反应进而形成一TMD层14。欲使硫磺粉蒸发，其温度须维持在一范围介于110度C至130度C。乘载气流为惰性气体，例如氩气，氦气和/或氮气。在一实施例中，于硫化操作过程中，第一基板10需保持在一温度范围内介于700度C至900度C。在一实施例中，硫化反应的时间为20分钟至40分钟。图3A绘示本揭示的部分实施方式中，是MoS2层的拉曼光谱图(Ramanspectrum)。图3B绘示本揭示的部分实施方式中，是MoS2层的剖面于透射型电子显微镜(TEM)下的影像图。如图3A绘示，在MoS2层14的拉曼光谱图中，清楚可见两个特征高峰。如图3A绘示，初成长出的MoS2层14的拉曼峰值差(ΔK)为24.9cm-1，这表明了MoS2层的二维层数为5层。上述亦可于图3B中的TEM影像中获得证实。如图3B所示，清楚可见形成5层状的MoS2层。二维层的数目取决于在热炉中金属层12(例如金属钼，Mo)的初始厚度和/或硫磺粉蒸发量的多寡。在一些实施例中，于硫化作用A3之后，重复操作步骤A2(金属沉积)与A3(硫化作用)用以获得较厚的MoS2层。在其他实施例中，不同的TMD层是可以相互堆叠的。例如，TMD的堆叠方式可包含WS2/MoS2/WS2或MoS2/WS2/MoS2，可以通过重复与不同金属沉积和硫化作用而形成。于硫化作用A3之后，在操作步骤A4中，将TMD层14从第一基板10上分离(脱离)出来。详细的操作步骤A4将参照图4A至图4E叙述于后。流程B是形成基础的晶体管结构。于操作步骤B1中，准备一由导电材料制成的第二基板20。该第二基板20将成为场效晶体管的一栅电极。在一实施例中，一种P型硅基板可做为第二基板20。一种N型硅、多晶硅或非晶硅亦可作为第二基板20的合适材料。操作步骤B2是指形成一介电层22于第二基板20上。该介电层为场效晶体管的一栅极介电层。在一实施例中，形成介电层22的材料可为二氧化硅。其他介电材料，例如氮氧化硅，氮化硅或氧化铝，亦可作为介电层22的合适材料。在一些实施例中，介电层22的厚度范围介于50纳米至400纳米，并且在其他实施例中，介电层22的厚度范围介于100纳米至200纳米。可通过化学气相沉积法(CVD)，原子层沉积法(ALD)或PVD来形成该介电层22。形成介电层2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种场效晶体管的制造方法，其特征在于，包含：形成一过渡金属二硫族化物层于一基板上；以及使用一低功率氧气等离子处理该过渡金属二硫族化物层，其中该低功率氧气等离子的输入电功率范围为15瓦至50瓦。

【技术特征摘要】
2016.06.29 US 15/197,0041.一种场效晶体管的制造方法，其特征在于，包含：形...

【专利技术属性】
技术研发人员：林时彦，刘继文，李嗣涔，吴崇荣，陈冠超，
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