[发明专利]一种InSe晶体管及其制备方法

说明书

本发明公开了一种InSe晶体管，包括：栅极；位于栅极上的栅极介电层；位于栅极介电层上的晶体生长衬底层；位于栅极上方的晶体生长衬底层上的InSe薄膜沟道层；围绕InSe薄膜沟道层的InSe保护层，位于栅极两侧上方位置的InSe保护层中设有源漏区；位于InSe薄膜沟道层及InSe保护层上的钝化层，钝化层将InSe薄膜沟道层封闭以与外部隔绝。本发明能够有效防止在晶体管制备工艺过程中易发生的InSe分解问题，并且能够与现有的CMOS工艺兼容，制备工艺简单可行，可方便制备出小尺寸、大规模的InSe晶体管阵列。本发明还公开了一种InSe晶体管的制备方法。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造工艺技术领域，更具体地，涉及一种InSe晶体管及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件特征尺寸按摩尔定律等比缩小，芯片集成度不断提高，传统基于硅半导体器件由于工艺极限和各种负面效应，已很难再满足器件和电路的性能和功耗要求。国内外各大科研机构和半导体制造商纷纷研究各种新材料及新器件结构，以期取代现有的硅半导体器件。

近年来，石墨烯因其超高的电子迁移率(可达200000cm²/Vs)成为研究的热点，但是由于石墨烯不具备带隙(bandgap)，使得它在类似于晶体管的应用上前景黯淡。

2016年10月，石墨烯之父Andre Geim(安德烈·海姆)在《NatureNanotechnology》(《自然纳米科技》)上发表论文，首次制备出微米级图形尺寸的二维InSe(硒化铟)薄膜晶体管，并发现当硒化铟薄膜只有几层原子的厚度时，其性能大幅优于硅的电子属性。

跟石墨烯不同，硒化铟的能隙相当大，具有很好的开关特性。因此，采用硒化铟作为沟道制作的晶体管来代替现有的硅晶体管，将成为未来制备超高速、高性能半导体器件的一种选择。

目前，制备InSe薄膜晶体管的技术难点有两个：

1)InSe薄膜化学性质不稳定，很容易被空气中的氧气和水气分解，对晶体管制备工艺要求很高。

2)InSe薄膜的制备必须在特定的衬底上，其工艺与常规的CMOS工艺不兼容，很难制备出小尺寸、大规模的InSe晶体管阵列。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种InSe晶体管及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

本发明提供了一种InSe晶体管，自下而上包括：

栅极；

位于栅极上的栅极介电层；

位于栅极介电层上的晶体生长衬底层；

位于栅极上方的晶体生长衬底层上的InSe薄膜沟道层；

围绕InSe薄膜沟道层的InSe保护层，位于栅极两侧上方位置的所述InSe保护层中设有源漏区；

位于InSe薄膜沟道层及InSe保护层上的钝化层，所述钝化层将InSe薄膜沟道层封闭以与外部隔绝。

优选地，还包括：位于源漏区上的源漏电极，位于晶体生长衬底层以下的层间介电层，以及位于层间介电层以下的半导体衬底；所述栅极和栅极上的栅极介电层位于层间介电层中。

优选地，所述栅极采用具有被氧化特性的金属材料形成，所述栅极介电层采用栅极的金属氧化物形成；所述晶体生长衬底层采用h-BN、β-Si₃N₄、SiC中的任意一种材料形成。

优选地，所述InSe薄膜沟道层中的InSe薄膜原子层厚度为3-15层。

优选地，所述InSe保护层采用具有被掺杂特性的二维晶体材料形成。