垂直堆叠的互补场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直堆叠的互补场效应晶体管及其制造方法，包括衬底、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管垂直堆叠在所述衬底上，所述第一晶体管包括第一沟道层，所述第二晶体管包括第二沟道层，所述第一沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层MoS2层，所述第二沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层WSe2层。通过将两个晶体管垂直堆叠，并配合减小各晶体管中沟道层的厚度，可以极限减小晶体管的布局面积和厚度，从而达到在平面和纵向同时极限微缩的目的。平面和纵向同时极限微缩的目的。平面和纵向同时极限微缩的目的。

【技术实现步骤摘要】
垂直堆叠的互补场效应晶体管及其制造方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种垂直堆叠的互补场效应晶体管及制造方法。

技术介绍

[0002]半导体产业的持续发展依赖于芯片单位面积上器件密度的不断增加，器件密度的增加通过器件尺寸的缩小来实现。器件尺寸的缩小还可以提高器件的开启电流、截止频率，此外还能降低功耗，从而实现性能更强，功耗更低的芯片，推进信息产业不断向前发展。但是半导体器件尺寸的缩小终将达到其物理极限，为延续摩尔定律每十八个月相同面积芯片性能提高一倍的集成电路发展周期，许多新型的器件相继出现，具有垂直堆叠的互补晶体管(CFET)就是其中之一。
[0003]目前有三种主流的方法来缩放CFET：1)用新结构替换CFET以进一步缩小，但是现在是未知的；2)减少栅极介质等效氧化物厚度(EOT),但是由于漏电流的限制，EOT缩放的空间已经非常有限。3)减少半导体厚度可能是克服缩放限制的最终选择。
[0004]但是对于传统的Si半导体沟道，当体厚度低于5nm时，由于厚度波动引起的散射，迁移率将急速下降，这就对晶体管的持续缩放构成了严重限制。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种垂直堆叠的互补场效应晶体管及其制造方法。
[0006]一方面，提供了一种垂直堆叠的互补场效应晶体管，所述互补场效应晶体管包括衬底、第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管和所述第二晶体管垂直堆叠在所述衬底上，所述第一晶体管包括第一沟道层，所述第二晶体管包括第二沟道层，所述第一沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层MoS2层，所述第二沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层Wse2层。
[0007]可选的，所述第一沟道层和所述第二沟道层的厚度均为0.7～1nm。
[0008]可选的，所述第一晶体管和所述第二晶体管共用同一个栅极，所述栅极环绕所述第一沟道层和所述第二沟道层布置。
[0009]可选的，所述栅极由钛/金组成。
[0010]可选的，所述第一晶体管还包括第一源极和第一漏极，所述第一源极和所述第一漏极沿水平方向布置在所述第一沟道层的两端。
[0011]可选的，所述第二晶体管还包括第二源极和第二漏极，所述第二源极和所述第二漏极沿水平方向布置在所述第二沟道层的两端。
[0012]可选的，所述互补场效应晶体管还包括环栅介质层，所述环栅介质层包覆在所述第一沟道层和所述第二沟道层，所述环栅介质层用于使得所述第一沟道层、所述第二沟道层和所述栅极之间绝缘。
[0013]可选的，所述环栅介质层为氧化铪层。
[0014]可选的，所述衬底为硅衬底，所述硅衬底的堆叠有所述第一晶体管和所述第二晶体管的一面上形成有一层氧化硅薄膜。
[0015]第二方面，提供了一种垂直堆叠的互补场效应晶体管的制造方法，所述制造方法包括：
[0016]提供一衬底；
[0017]在所述衬底上形成垂直堆叠的第一晶体管和第二晶体管，所述第一晶体管包括第一沟道层，所述第二晶体管包括第二沟道层；
[0018]其中，采用化学气相沉积法制备单层的MoS2层，作为所述第一沟道层；采用化学气相沉积法制备单层的Wse2层，作为所述第二沟道层。
[0019]本专利技术实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
[0020]本专利技术实施例提供的互补场效应晶体管，通过将第一晶体管和第二晶体管垂直堆叠在衬底上，减少了两个晶体管在水平面上所占的面积。同时，第一晶体管中的第一沟道层、以及第二晶体管中的第二沟道层分别是采用化学气相沉积法制备而成的MoS2层和Wse2层，化学气相沉积法有利于制备得到大面积的单层均匀薄膜，即可以使得形成的沟道层的厚度更薄，从而可以进一步极限微缩晶体管的厚度，适用于大规模晶圆应用。也就是说，本专利技术通过将两个晶体管垂直堆叠，并配合减小各晶体管中沟道层的厚度，可以极限减小晶体管的布局面积和厚度，从而达到在平面和纵向同时极限微缩的目的。
[0021]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0022]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0023]图1是本专利技术实施例提供的一种垂直堆叠的互补场效应晶体管的结构示意图；
[0024]图2是本专利技术实施例提供的一种垂直堆叠的互补场效应晶体管的剖视图；
[0025]图3是本专利技术实施例提供的一种垂直堆叠的互补场效应晶体管的制造方法流程图；
[0026]图4至图14是本专利技术实施例提供的一种互补场效应晶体管的形成过程示意图。
具体实施方式
[0027]下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。
[0028]在附图中示出了根据本公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状以及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0029]在本公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。在本公开的上下文中，相似或者相同的部件可能会用相同或者相似的标号来表示。
[0030]为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细说明，应当理解本公开内容实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
[0031]图1是本专利技术实施例提供的一种垂直堆叠的互补场效应晶体管的结构示意图，如图1所示，该互补场效应晶体管100包括衬底10、第一晶体管20和第二晶体管30。第一晶体管20和第二晶体管30垂直堆叠在衬底10上，第一晶体管20包括第一沟道层21，第一沟道层21为采用化学气相沉积法制备的单层MoS2层。第二晶体管30包括第二沟道层31，第二沟道层31为采用化学气相沉积法制备的单层Wse2层。
[0032]本专利技术实施例提供的互补场效应晶体管，通过将第一晶体管和第二晶体管垂直堆叠在衬底上，减少了两个晶体管在水平面上所占的面积。同时，第一晶体管中的第一沟道层、以及第二晶体管中的第二沟道层分别是采用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直堆叠的互补场效应晶体管，所述互补场效应晶体管包括衬底、第一晶体管和第二晶体管，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管垂直堆叠在所述衬底上，所述第一晶体管包括第一沟道层，所述第二晶体管包括第二沟道层，所述第一沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层MoS2层，所述第二沟道层为采用化学气相沉积法制备的单层WSe2层。2.根据权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一沟道层和所述第二沟道层的厚度均为0.7～1nm。3.根据权利要求1所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一晶体管和所述第二晶体管共用同一个栅极，所述栅极环绕所述第一沟道层和所述第二沟道层布置。4.根据权利要求3所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述栅极由钛/金组成。5.根据权利要求3所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第一晶体管还包括第一源极和第一漏极，所述第一源极和所述第一漏极沿水平方向布置在所述第一沟道层的两端。6.根据权利要求4所述的互补场效应晶体管，其特征在于，所述第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘孟淦，杨冠华，李泠，卢年端，
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：