专利名称：场效应晶体管的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种场效应晶体管。
技术背景MoSJt为沟道材料的场效应半导体器件在2010年被报道后，由于其大的开关电流比和小的关态电流而被认为是一种非常具有应用前景的半导体材料。以单层MoS2为沟道材料，以SiO2为栅区介质的场效应器件的 迁移率在没有顶栅介质时仅为O. l-lOcmVs-1左右，如何提升场效应器件的迁移率是急需解决的问题。
发明内容为了解决上述问题，本发明提供了一种能够提高场效应管迁移率的场效应晶体管。一种场效应晶体管，包括栅区、源区、漏区、沟道区和衬底，其特征在于，所述源区和所述漏区位于所述沟道区的两侧，所述栅区位于所述沟道区的上方和下方，所述源区和所述漏区以及所述栅区设置在所述衬底上。在优选的实施例中，所述栅区包括顶栅介质层和底栅介质层，所述顶栅介质层设置在所述沟道区的上方，所述底栅介质层设置于所述衬底上靠近所述沟道区的一面。在优选的实施例中，所述顶栅介质层和所述底栅介质层采用HfO2作为介质。在优选的实施例中，所述源区包括源电极，所述漏区包括漏电极，所述源电极和所述漏电极的材料为Au或Ti与Au的组合。在优选的实施例中，所述沟道区采用单层MoS2晶体作为沟道介质。本发明的有益效果为上述场效应晶体管本通过设置在沟道区上方和下方的栅区，采用双栅层，提高了沟道载流子的迁移率，提高了场效应晶体管的性能。
图I为MoS2场效应晶体管的结构剖面图；图2为图I中MoS2场效应晶体管的介质材料和电极材料分布图；图3为MoS2场效应晶体管底栅转移特性曲线；图4为MoS2场效应晶体管顶栅转移特性曲线；图5为MoS2场效应晶体管输出特性曲线。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。如图I和图2所示，本发明较佳实施例的场效应晶体管，包括栅区110、源区120、漏区130、沟道区140和衬底150，源区120和漏区130位于沟道区140的两侧，栅区110位于沟道区140的上方和下方，源区120和漏区130以及栅区110设置在衬底150上。上述场效应晶体管本通过设置在沟道区140上方和下方的栅区110，采用双栅层，提闻了沟道载流子的迁移率，提闻了场效应晶体管的性能。在本实施例中，栅区110包括顶栅介质层114和底栅介质层116，顶栅介质层114设置在沟道区140的上方，底栅介质层116设置于衬底150上靠近沟道区140的一面。在本实施例中，顶栅介质层114和底栅介质层116采用HfO2作为介质。在本实施例中，栅区110还包括栅电极112，栅电极112的材料为Cr与Au的组合或Ti与Au的组合。在本实施例中，源区120包括源电极，漏区130包括漏电极，源电极120和漏电极130的材料为Au或Ti与Au的组合。在本实施例中，沟道区140采用单层MoS2晶体作为沟道介质。本发明较佳的实施例的场效应晶体管的制作方法，包括如下步骤在硅衬底上用原子层淀积方法形成一层HfO2层作为底栅介质层；将MoS2转移到具有HfO2层的硅衬底上；在源区和漏区制作源电极和漏电极；用原子层淀积方法形成一层HfO2层作为顶栅介质层；制作顶栅电极。在本实施例中，顶栅介质层和底栅介质层的厚度为30纳米。在本实施例中，还包括步骤如下，采用微机械剥离或者液相制备MoS2 ；用原子力显微镜来检测衬底上HfO2层的厚度，找出单层的MoS2。在本实施例中，源电极和漏电极的材料为Au或Ti与Au的组合，栅电极的材料为Cr与Au的组合或Ti与Au的组合，源电极和漏电极以及栅电极采用电子束光刻技术进行制作。在实际制作该器件时，现将低阻硅衬底上自然形成的SiO2层腐蚀掉，然后再利用原子层淀积方法形成30nm厚的HfO2层作为底栅介质。具体方法为将金属Hf的预置容器加热到75 90°C的范围内，此时其蒸汽压约为O. 05托，将H2O的预置容器保持在室温下，其蒸汽压为20T。淀积HfO2时，每个循环包括I个金属Hf蒸汽冲击和2个H2O蒸汽冲击，它们的持续时间都为Is。接着是5s的Hf蒸汽漂洗和IOs的H2O蒸汽漂洗。每个循环的生长率约为O. 19nm，反应压力保持在90mTorr，用高纯度的氮气作为载气和洗涤气体。将应用机械剥离或者液相方法制备的MoS2R移到上一步制备好的HfO2层上。用原子力显微镜(AFM)找出单层的MoS2薄膜，单层MoS2薄膜的厚度大约为O. 65nm,然后准备下一步接触的制作。在找到单层MoS2薄膜后，应用电子束光光刻和双层技术制作了第一组接触，具体方法为首先在样品上涂一层甲基丙烯酸甲酯(MMA)，然后再180°C下烘焙5分钟，然后再涂上一层PMMA (聚甲基丙烯酸甲酯)，然后用电子束光刻系统曝光，接着在甲基异丁酮(MIBK)异丙醇(IPA)为I : 3的溶液中显影三分钟，然后蒸上50nm厚的Au作为接触金属，然后洗去光刻胶。为了降低Au与MoS2层的接触电阻，在温度为200°C的真空管炉内进行退火2小时，退火时通入IOOsccm的IS气和IOsccm的氢气。再用与第(I)步相同的工艺形成30nm厚的HfO2层作为顶栅介质。然后在顶栅HfO2介质层上经过电子束光刻，淀积Cr/Au作为顶栅电极。样品制备完成以后，我们利用4200-SCS半导体特性分析系统对其直流I_V特性进行了表征，见图3、图4和图5所示分别为样品器件的底栅转移特性、顶栅转移特性和输出特性。根据直流I-V特性实际测量结果和器件结构参数，最终计算得到的器件迁移率为μ=32001^^,远高于文献报道的底栅为SiO2顶栅为HfO2的单层MoS2器件的载流子迁移率。本发明采用MoS2作为沟道导电材料，利用二氧化铪(HfO2)做为顶栅和底栅介质材料，利用Au或Au/Ti做为金属接触。应用此方法所测的沟道电子的迁移率高达 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种场效应晶体管，包括栅区、源区、漏区、沟道区和衬底，其特征在于，所述源区和所述漏区位于所述沟道区的两侧，所述栅区位于所述沟道区的上方和下方，所述源区和所述漏区以及所述栅区设置在所述衬底上。
2.根据权利要求I所述的场效应晶体管，其特征在于，所述栅区包括顶栅介质层和底栅介质层，所述顶栅介质层设置在所述沟道区的上方，所述底栅介质层设置于所述衬底上靠近所述沟道区的一面。
3.根据权利要求I所述的场效应晶体管，其特征在于，所述顶栅介质层和所述底栅介质层米用HfO2作为介质。
4.根据权利要求I所述的场效应晶体管，其特征在于，所述源区包括源电极，所述漏区包括漏电极，所述源电极和所述漏电极的材料为Au。
5.根据权利要求I所述的场效应晶体管，其特征在于，所述沟道区采用单层MoS2晶体作为沟道介质。
专利摘要一种场效应晶体管，包括栅区、源区、漏区、沟道区和衬底，源区和漏区位于沟道区的两侧，栅区位于沟道区的上方和下方，源区和漏区以及栅区设置在所述衬底上。上述场效应晶体管本通过设置在沟道区上方和下方的栅区，采用双栅层，提高了沟道载流子的迁移率，提高了场效应晶体管的性能。
文档编号H01L29/78GK202662609SQ20112048546
公开日2013年1月9日 申请日期2011年11月29日 优先权日2011年11月29日
发明者马中发, 庄弈琪, 张策, 吴勇, 张鹏, 凌宇 申请人:西安电子科技大学