[发明专利]一种二维半导体材料的金属接触结构及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，具体为一种二维半导体材料的金属接触结构及其制备方法。本发明包括衬底、位于衬底上的介质层、普通金属电极、齿状金属电极、顶金属电极以及位于介质层上的二维半导体材料。所述普通金属电极和齿状金属电极相接，所述齿状金属电极与二维半导体材料的边缘接触，所述顶金属电极位于齿状金属电极上方。二维材料已有大量研究，但目前关于金属‑二维半导体材料的电学接触问题还没有很好的解决，本发明采用边缘接触加部分顶部接触的构型，解决了金属‑二维半导体材料界面晶格损伤和欧姆接触的问题，可在大规模集成电路中获得应用。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种二维半导体材料的金属接触结构及其制备方法。

背景技术

自集成电路发明以来，其发展迅速，技术不断迭代，以半导体硅为载体的器件的特征尺寸按照“摩尔定律”逐渐缩小，以达到单位面积上最大化的器件数量，在降低芯片生产成本的同时，保持高性能和低功耗的优点。但当器件的特征尺寸缩小到亚10纳米以下时，短沟道效应、量子效应、开关频率降低等问题变得越来越严重。二维半导体材料可以有效避免上述问题，其良好的机械性能、电学性能、光电效应等特性有利于制备高性能的逻辑器件、传感器和探测器，与成熟的硅基工艺的结合可以拓展芯片的功能和应用场景。

由于石墨烯的零禁带宽度特性限制了其在电子器件领域的应用，而二维半导体材料拥有较大的禁带宽度范围、较高的迁移率，并有效克服了短沟道效应的限制，成为学术界和工业界的研究热点。目前通过机械剥离以及化学气相沉积等方法得到的二维半导体材料主要有MoS₂、MoTe₂、MoSe₂、WSe₂和WS₂等。

传统的二维半导体材料的金属接触方法是将金属与二维材料的表面接触，即顶部接触。然而，由于二维材料的表面没有悬挂键，将金属淀积到二维材料的表面后，金属-二维材料界面难以形成强的共价键，而是在界面处形成范德华间隙，以弱的范德华力相结合。这种范德华间隙会充当电子/空穴的势垒，阻碍电荷的注入和输出，从而形成大的接触电阻，不利于器件性能的提高。此外，金属直接淀积在二维材料表面时，易对二维材料的晶格产生损伤，从而引入界面态和缺陷态，产生费米能级钉扎效应，不利于提升器件的电学性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种二维半导体材料的金属接触结构及其制备方法，以解决背景技术中提到的金属-二维半导体材料顶部接触方式存在的现有技术问题。

本发明提供的二维半导体材料的金属接触结构，包括衬底、位于衬底上的介质层、普通金属电极、齿状金属电极、顶金属电极以及位于介质层上的二维半导体材料。所述普通金属电极和齿状金属电极相接，所述齿状金属电极与二维半导体材料的边缘接触，所述顶金属电极位于齿状金属电极上方。

本发明提供的二维半导体材料的金属接触结构的制备方法，具体步骤如下：

（1）在衬底上形成介质层，在介质层表面制备二维半导体材料；

（2）在二维半导体材料上通过掩蔽层定义出源漏电极区，所述的源漏电极区包括普通金属电极区和齿状金属电极区；

（3）对上述掩蔽层定义出的源漏电极区进行刻蚀，刻蚀掉源漏电极区的二维半导体材料；

（4）采用等离子体对上述刻蚀后暴露出的二维半导体材料的边缘进行轰击处理，然后进行原位的源漏金属淀积，制备出源漏金属电极；所述的源漏金属电极包括普通金属电极和齿状金属电极；

（5）在齿状金属电极表面淀积顶金属电极；

（6）定义出沟道并刻蚀掉沟道以外的二维半导体材料。

本发明步骤（1）中，所述衬底为本领域常用衬底，如玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、硅衬底或柔性衬底的任一种。

本发明步骤（1）中，所述二维半导体材料的制备方法为化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积或机械剥离法。