半导体元件制造技术

本实用新型专利技术是一种半导体元件，包含有一二维半导体层、一二维金属导体层以及一金属层，二维半导体层是由二维半导体材料所形成，二维半导体材料具有一第一生成热(formationenergy)；二维金属导体层是由二维金属材料所形成且覆盖于该二维半导体层的表面，二维金属材料具有一第二生成热，第二生成热小于第一生成热；金属层是覆盖于二维金属导体层的表面；其中，二维金属导体层是由金属层中的阳离子与二维半导体层中的阴离子键结而成。借此，可有效降低二维材料与金属间的接触电阻，使二维材料能成功应用在场效晶体管等半导体元件上。导体元件上。导体元件上。

【技术实现步骤摘要】
半导体元件


[0001]本技术与半导体元件有关，特别是指一种应用二维材料的半导体元件。

技术介绍

[0002]二维材料是指在形成晶体结构时，在垂直的方向只有一层分子，就像一张纸。以二硫化钼(MoS2)为例，从侧面看，钼原子居中，上下各有一硫原子，单一层厚度约为0.7纳米；从上方来看，这些重复的二硫化钼分子形成六边形的蜂巢状结构。在5nm以下半导体制程中首先被考虑的就是二硫化钼，应用于晶体管的通道(channel)。主要的好处是它的漏电流远较硅小几个数量级，因此功耗也很小，造成这现象的主要原因是二硫化钼的电子等效质量(effective mass)较硅大3倍左右，实验上已展示将之用在场效晶体管拥有极佳的性质，这使得二硫化钼等二维材料可望取代硅成为2纳米节点以下技术的主要半导体通道材料。
[0003]然由于二维材料表面无悬键，与金属不易形成共价键，且界面中的范德瓦间距(Van der Waals gap)将使得萧特机能障(Schottky barrier)不易降低。伴随金属/二维半导体界面易有费米能阶钉札机制(fermi level pinning)，因此与金属之间的高接触电阻仍为二维材料应用在场效晶体管的阻碍。
[0004]为达成二维材料与金属之间的欧姆接触，目前有利用氢(H2)或氦(He)电浆对二维材料如WSe2表面进行处理，可在表面形成硒缺(Se vacancy)而提高室温下的表面载子浓度(N
D
)>4
×
10
17
cm
–3，高载子浓度WSe2表面与金属接触可降低萧特基能障(Schottky barrier)，进而降低接触电阻。但此作法会对WSe2表面造成损伤，损伤的表面易受环境中氧气氧化，制程稳定性不易控制。
[0005]另外，有人利用具有金属特性的二维材料如石墨烯(graphene)插入Ag与MoS2之间，显示良好的电器电性，萧特机能障(SBH)由300meV大幅降至190meV，并提升电流开关比达4
×
108。然而石墨烯目前成熟的制程主要需藉高温成长于铜箔上再以撕贴法转植于元件上，不易与半导体CMOS制程相容。
[0006]因此，如何以稳定且可行的方式制作二维材料与金属的欧姆接触，使二维材料能成功应用在场效晶体管等半导体元件上，即成为目前业界亟待解决的课题。

技术实现思路

[0007]本技术的一目的在于提供一种半导体元件，可有效降低二维材料与金属间的接触电阻，使二维材料能成功应用在场效晶体管等半导体元件上。
[0008]为了达成上述目的，本技术的半导体元件包含有一二维半导体层、一二维金属导体层以及一金属层，该二维半导体层是由二维半导体材料所形成，该二维半导体材料具有一第一生成热(formation energy)；该二维金属导体层是由二维金属材料所形成且覆盖于该二维半导体层的表面，该二维金属材料具有一第二生成热，该第二生成热小于第一生成热；该金属层是覆盖于该二维金属导体层的表面；其中，该二维金属导体层是由该金属层中的阳离子与该二维半导体层中的阴离子键结而成。借此，可有效降低二维材料与金属
间的接触电阻，使二维材料能成功应用在场效晶体管等半导体元件上。
[0009]依据本技术一实施例，该二维半导体材料/该二维金属材料的组合是二硫化钼(MoS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钒(VS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钼(MoS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钒(VS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化亚铁(FeS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化亚铁(FeS2)、或二硫化铂(PtS2)/二硫化亚铁(FeS2)。
[0010]依据本技术一实施例，该金属层是由铌、钽、钒或铁所形成。
[0011]依据本技术一实施例，该二维半导体材料/该二维金属材料的组合是二硒化钼(MoSe2)/二硒化铌(NbSe2)、二硒化钨(WSe2)/二硒化铌(NbSe2)、二硒化钯(PdSe2)/二硒化铌(NbSe2)、二硒化铂(PtSe2)/二硒化铌(NbSe2)、二硒化钼(MoSe2)/二硒化钽(TaSe2)、二硒化钨(WSe2)/二硒化钽(TaSe2)、二硒化钯(PdSe2)/二硒化钽(TaSe2)、二硒化铂(PtSe2)/二硒化钽(TaSe2)、二硒化钼(MoSe2)/二硒化钒(VSe2)、二硒化钨(WSe2)/二硒化钒(VSe2)、二硒化钯(PdSe2)/二硒化钒(VSe2)、二硒化铂(PtSe2)/二硒化钒(VSe2)、二硒化钼(MoSe2)/二硒化钛(TiSe2)、二硒化钨(WSe2)/二硒化钛(TiSe2)、二硒化钯(PdSe2)/二硒化钛(TiSe2)、或二硒化铂(PtSe2)/二硒化钛(TiSe2)。
[0012]依据本技术一实施例，该金属层是由铌、钽、钒或钛所形成。
[0013]依据本技术一实施例，该二维半导体材料/该二维金属材料的组合是二碲化钼(MoTe2)/二碲化铌(NbTe2)、二碲化钼(MoTe2)/二碲化钛(TiTe2)、二碲化钼(MoTe2)/二碲化铪(HfTe2)、或二碲化钼(MoTe2)/二碲化锆(ZrTe2)。
[0014]依据本技术一实施例，该金属层是由铌、钛、铪或锆所形成。
[0015]依据本技术一实施例，该二维半导体层是为通道层，该金属层是为源极或漏极。
附图说明
[0016]图1为本技术一较佳实施例的半导体元件的局部制程示意图；
[0017]图2为本技术一较佳实施例的半导体元件应用于场效晶体管的示意图；
[0018]图3为本技术一较佳实施例的半导体元件应用于栅极环绕式场效晶体管的立体图；
[0019]图4为图3沿A
‑
A方向的剖视图；
[0020]图5为本技术一较佳实施例的半导体元件应用于另一栅极环绕式场效晶体管的剖视图。
[0021]【符号说明】
[0022]1半导体元件
[0023]10基板
[0024]12二维半导体层
[0025]14二维金属导体层
[0026]16金属层
[0027]2场效晶体管
[0028]20基板
[0029]21通道层
[0030]22源极
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体元件，其特征在于，包含有：一二维半导体层，是由二维半导体材料所形成，该二维半导体材料具有一第一生成热(formation energy)；一二维金属导体层，是由二维金属材料所形成且覆盖于该二维半导体层的表面，该二维金属材料具有一第二生成热，该第二生成热小于第一生成热；以及一金属层，是覆盖于该二维金属导体层的表面；其中，该二维金属导体层是由该金属层中的阳离子与该二维半导体层中的阴离子键结而成。2.根据权利要求1所述的半导体元件，其特征在于，该二维半导体材料/该二维金属材料的组合是二硫化钼(MoS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钒(VS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化铌(NbS2)、二硫化钼(MoS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钒(VS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化钽(TaS2)、二硫化钨(WS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化铂(PtS2)/二硫化钒(VS2)、二硫化镍(NiS2)/二硫化亚铁(FeS2)、二硫化钯(PdS2)/二硫化亚铁(FeS2)、或二硫化铂(PtS2)/二硫化亚铁(FeS2)。3.根据权利要求2所述的半导体元件，其特征在于，该金属层是由铌、钽、钒或铁所形成。4....

【专利技术属性】
技术研发人员：何焱腾，陈乃榕，
申请(专利权)人：瑞砻科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：