一种双栅MOSFET结构及其制备方法与流程

文档序号:12370292阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种双栅MOSFET结构,自下而上包括第一栅金属层、III-V族半导体沟道层、III-V族半导体源漏层、第二栅金属层,其特征在于,

所述第一栅金属层和第二栅金属层构成双栅结构;

所述III-V族半导体沟道层和III-V族半导体源漏层采用III-V族半导体材料。

2.根据权利要求1所述的MOSFET结构,其特征在于,所述MOSFET结构还包括单晶硅衬底,以单晶硅衬底为基础,自下而上依次为隔离层、键合金属层、第一栅金属层、去寄生介质层、第一栅介质层、第一界面控制层、III-V族半导体沟道层、第二界面控制层、第二栅金属层、III-V族半导体源漏层、第二栅介质层、第三栅介质层、源漏金属层。

3.根据权利要求1或2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述的第一栅金属层叠置在所述键合金属层之上,且所述第一栅金属层中心部分凸起,整个成凸型;所述去寄生介质层叠置在所述第一栅金属层两侧,且其上表面与所述第一栅金属层上表面水平,所述第一栅金属层凸起部分的侧面和所述去寄生介质层的侧面相接。

4.根据权利要求1或2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述的第二栅金属层叠置在所述第二栅介质层之上的中间,所述第二栅金属层的形状为倒凸型,且所述第二栅金属层和所述源漏金属层之间不相接并保持一定距离。

5.根据权利要求1或2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述III-V族半导体沟道层叠置在所述第一界面控制层之上;所述第二界面控制层叠置在所述III-V族半导体沟道层之上。

6.根据权利要求1或2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述III-V族半导体源漏层叠置在所述第二界面控制层之上的两侧;所述第二栅介质层叠置在所述第二界面控制层和所述III-V族半导体源漏层之上,并且将所述III-V族半导体源漏层的侧边覆盖;所述源漏金属层叠置在所述III-V族半导体源漏层之上;所述第三栅介质层叠置在所述III-V族半导体源漏层之上的两侧。

7.根据权利要求2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述隔离层为硅基、铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、铍基、钛基、钇基氧化物中的一种或其多种氧化物叠层或其互掺杂氧化物层,所述隔离层的厚度在1纳米-300纳米之间。

8.根据权利要求2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述键合金属层为金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的一种或其多种材料组合成的叠层,所述键合金属层的厚度为3埃至300纳米之间。

9.根据权利要求2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述第一栅金属层为氮化钛、氮化钽、钨、金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的多种叠层组成,且所述第一栅金属层的下表面叠层为金、铜、铟、钛、铂、铬、锗、镍中的一种或其多种材料组合成的叠层,所述第一栅金属层的下表面叠层最薄处厚度为1纳米-200纳米。

10.根据权利要求2所述的MOSFET结构,其特征在于,所述去寄生介质层为硅基、铝基、锆基、铪基、钆基、镓基、镧基、钽基、铍基、钛基、钇基氧化物中的一种或其多种氧化物叠层或其互掺杂氧化物层,所述去寄生介质层的厚度在1纳米-200纳米之间。

11.一种双栅MOSFET结构的制备方法,包括:

步骤1:在衬底上沉积隔离层,在所述隔离层上沉积键合金属层,形成第一键合片;

步骤2:沉积所述第一栅介质层、去寄生介质层、第一栅金属层,形成第二键合片;

步骤3:沉积III-V族半导体沟道层和III-V族半导体源漏层,并沉积所述第二栅介质层和第三栅介质层;

步骤4:在步骤3基础上沉积第二栅金属层,并在III-V族半导体源漏层上沉积形成所述源漏金属层;

其特征在于,

所述的结构全部集成于硅衬底上;

所述的双栅结构采用通孔技术实现。

12.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述的第一栅金属层通过化学机械抛光的方式进行平坦化处理,且此时所述第一栅金属层的厚度比所述去寄生介质层的厚度大1纳米至200纳米之间。

13.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述的第一键合片和所述的第二键合片采用金属-金属键合的方式键合在一起。

14.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述的沉积方法包括原子层沉积、等离子增强化学气相沉积、磁控溅射、分子束外延或金属有机化学气相沉积、干法氧化、湿法氧化、电子束蒸发中的一种或多种沉积方法。

15.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述III-V族半导体源漏层的材料层采用光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除,并露出所述第二界面控制层的上表面。

16.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述第二栅金属层多余的材料层采用光刻、剥离、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除,形成所述第二栅金属层。

17.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,采用光刻、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除部分所述第二栅介质层和所述第三栅介质层的多余材料层露出所述III-V族半导体源漏层的上表面,形成所述第二栅介质层和所述第三栅介质层,且所述第二栅介质层和第三栅介质层的材料相同。

18.根据权利要求11所述的MOSFET结构的制备方法,其特征在于,所述源漏金属层的多余材料层采用光刻、剥离、干法刻蚀或湿法腐蚀的方式去除,形成所述源漏金属层。

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