申请/专利权人：燕山大学

申请日：2021-07-05

公开（公告）日：2024-05-31

公开（公告）号：CN113571474B

主分类号：H01L21/8238

分类号：H01L21/8238;H01L27/092

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.31#授权;2021.11.16#实质审查的生效;2021.10.29#公开

摘要：本发明提供一种应变黑磷CMOS场效应晶体管及其制备方法，本发明提供的应变黑磷CMOS场效应晶体管包括二氧化硅衬底、二氧化硅外延层、二氧化铪层、应变黑磷层和本征黑磷层、二氧化铪栅介质层、源漏电极和栅电极；二氧化铪层使用激光辅助结晶方法生长单层黑磷，经高温退火铪原子扩散至单层黑磷产生双轴压应力，得到作为NMOS沟道的应变黑磷层；在二氧化硅外延层上生长作为PMOS沟道的单层本征黑磷层；本发明通过对单层黑磷施加双轴压应力，实现本征黑磷从p型半导体到n型半导体的转换，制备一种应变黑磷COMS场效应晶体管。该晶体管易于与传统硅基半导体器件集成，单层本征黑磷和在双轴压应力下的单层应变黑磷具有较高的载流子迁移率，能有效抑制短沟道效应。

主权项：1.一种应变黑磷CMOS场效应晶体管的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤1：选取无杂质且晶格结构完整的SiO2作为衬底；步骤2：在所述步骤1的衬底上通过干氧氧化法外延一层SiO2，获得初始SiO2外延层，将所述衬底和初始SiO2外延层分为PMOS区域、电隔离层区域和NMOS区域；步骤3：通过微影技术将NMOS掩膜版的图形转移到所述步骤2获得的初始SiO2外延层上，在所述NMOS区域采用干法刻蚀出第一凹槽，所述第一凹槽的深度T为：T＝T1+T2式中：T1为HfO2层的厚度；T2为NMOS源漏电极的厚度；保留非NMOS区域的光刻胶，获得刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层，所述非NMOS区域由所述PMOS区域和所述电隔离层区域组成；步骤4：在所述步骤3获得的刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层上通过原子层沉积的方法生长一层HfO2，获得初始HfO2层；步骤5：去除所述NMOS区域以外的初始HfO2层，获得HfO2层；步骤6：在所述步骤5获得的HfO2层上使用激光辅助结晶的方法生长单层黑磷；步骤7：对所述步骤5获得的HfO2层进行高温退火，使铪原子扩散至所述步骤6获得的单层黑磷中，在所述单层黑磷中产生双轴压应变，获得应变黑磷层；步骤8：在所述步骤7获得的应变黑磷层上旋涂光刻胶PMMA，定义源漏电极图形，采用电子束蒸镀和电子束光刻获得NMOS源漏电极；步骤9：在所述步骤8获得的结构的上表面通过原子层沉积的方法生长一层HfO2，获得初始HfO2栅介质层；步骤10：去除所述非NMOS区域的初始HfO2栅介质层与光刻胶；步骤11：通过微影技术将PMOS掩膜版的图形转移到所述非NMOS区域的刻蚀出第一凹槽后的SiO2外延层上，保留非PMOS区域的光刻胶，所述非PMOS区域包括所述NMOS区域和所述电隔离层区域，在所述PMOS区域的初始SiO2外延层上用干法刻蚀出第二凹槽，获得SiO2外延层，所述第二凹槽的深度等于所述NMOS源漏电极的厚度T2；步骤12：在所述步骤11获得的SiO2外延层上，采用所述步骤6的激光辅助结晶的方法生长出本征黑磷层；步骤13：在所述步骤12获得的本征黑磷层上旋涂光刻胶PMMA，定义源漏电极图形，采用电子束蒸镀和电子束光刻获得PMOS源漏电极；步骤14：在所述步骤13获得的结构上表面通过原子层沉积的方法生长一层HfO2，获得再次沉积的HfO2栅介质层；步骤15：去除所述非PMOS区域的再次沉积的HfO2栅介质层与光刻胶，获得HfO2栅介质层；在所述NMOS区域与所述PMOS区域之间的SiO2外延层为电隔离层；步骤16：对所述步骤15获得的HfO2栅介质层的两个凹槽处定义栅极图形，采用电子束蒸镀获得栅电极。

全文数据：

权利要求：

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