[发明专利]在芯轴上具有包括二维材料的沟道区的场效应晶体管

说明书

本发明涉及在芯轴上具有包括二维材料的沟道区的场效应晶体管，其揭示场效应晶体管的结构以及形成场效应晶体管的结构的方法。栅极电极具有包覆由介电材料组成的芯轴的第一侧表面及第二侧表面的部分。沟道层具有部分位于该芯轴的该第一侧表面与该栅极电极的该部分之间的沟道区。该沟道层由二维材料组成。

技术领域

本发明涉及半导体装置制造及集成电路，尤其涉及场效应晶体管 的结构以及形成场效应晶体管的结构的方法。

背景技术

可使用互补金属氧化物半导体 (complementary-metal-oxide-semiconductor；CMOS)制程来建立p型 与n型场效应晶体管的组合，该p型与n型场效应晶体管用以构建例如逻辑单元。场效应晶体管通常包括位于半导体本体中的沟道区、源 极、漏极、以及位于该本体上方的栅极电极。当向该栅极电极施加超 过特征阈值电压的控制电压时，在该源极与漏极之间的该沟道区中发 生载流子流(carrier flow)，从而产生装置输出电流。

纳米片场效应晶体管代表一种非平面场效应晶体管，其可在集成 电路中以增加的封装密度制造。纳米片场效应晶体管包括在衬底的顶 部表面上方的图案化层堆叠中设置的多个纳米片沟道层，以及与该纳 米片沟道层的横向端部连接的源/漏区。初始将该纳米片沟道层与包含 材料(例如，硅-锗)的牺牲层一起设置于该图案化层堆叠中，该牺牲 层与该纳米片沟道层交替并可相对构成该纳米片沟道层的材料(例如， 硅)被选择性蚀刻。可通过自该纳米片沟道层的该横向端部外延生长 半导体材料来形成该源/漏区。蚀刻并移除该牺牲层，以释放该纳米片 沟道层并为形成栅极电极提供空间。该栅极电极的部分可以环绕栅极 (gate-all-around)布置围绕各纳米片沟道层的所有侧面。在向该栅极 电极施加控制电压的操作期间，在该纳米片沟道层中的水平载流子流 产生装置输出电流。

纳米片场效应晶体管可能遇到微缩困难，因为减小纳米片厚度最 终会达到量子约束显著降低性能的程度。此外，短沟道效应可能限制 继续缩小栅极长度的能力。因此，纳米片场效应晶体管的静电控制限 制可能限制微缩。

需要改进的场效应晶体管的结构以及形成场效应晶体管的结构的 方法。

发明内容

在本发明的实施例中，提供一种场效应晶体管的结构。该结构包 括由介电材料组成的芯轴(mandrel)，以及具有包覆该芯轴的第一侧表 面及第二侧表面的部分(section)的栅极电极。该结构还包括具有部分 (in part)位于该芯轴的该第一侧表面与该栅极电极的该部分之间的沟 道区的沟道层。该沟道层由二维材料组成。

在本发明的实施例中，提供一种形成场效应晶体管的方法。该方 法包括：形成包括沟道区的沟道层，形成包括第一侧表面及第二侧表 面的介电芯轴，以及形成具有包覆该介电芯轴的该第一侧表面及该第 二侧表面的部分的栅极电极。该沟道层由二维材料组成。该沟道层的 该沟道区部分位于该介电芯轴的该第一侧表面与该栅极电极的该部分 之间。

附图说明

包含于并构成本说明书的一部分的附图示例说明本发明的各种实 施例，并与上面所作的有关本发明的概括说明以及下面所作的有关所 述实施例的详细说明一起用以解释本发明的所述实施例。在所述附图 中，类似的附图标记表示不同视图中类似的特征。

图1显示依据本发明的实施例处于制程方法的初始制造阶段的装 置结构的顶视图。

图2显示大体沿图1中的线2-2所作的剖视图。

图3显示处于图1之后的制造阶段的该装置结构的顶视图。

图4显示大体沿图3中的线4-4所作的剖视图。

图4A显示大体沿图3中的线4A-4A所作的剖视图。

图4B显示大体沿图3中的线4B-4B所作的剖视图。