包括金屬-二維材料-半導體接觸的半導體器件制造技術

本公開提供包括金屬-二維材料-半導體接觸的半導體器件。一種半導體器件包括半導體層、電接觸半導體層的金屬層、以及在半導體層與金屬層之間并具有二維晶體結構的二維材料層。

【技術實現步驟摘要】

示例實施方式涉及一種半導體器件，更具體地，涉及包括二維材料層的半導體器件，該二維材料層具有二維晶體結構并插置在金屬和半導體之間以降低它們之間的比接觸電阻率。
技術介紹
半導體器件包括在半導體器件的特定部分中彼此接觸以與外部交換電信號的金屬和半導體。金屬具有比半導體低的電阻率并能夠更容易地布線到外部環境。然而，在此情形下，由于半導體和金屬之間的異質接觸而產生比接觸電阻率。為了降低這樣的比接觸電阻率，已經提出了用于降低半導體和金屬之間的肖特基能量勢壘的各種方法。例如，具有約4eV的功函數的金屬用于n型半導體并且具有約5eV的功函數的金屬用于p型半導體。然而，由于當金屬的功函數被釘扎在半導體的表面上時發生的現象，所以在降低肖特基能量勢壘上存在限制，而與金屬的類型無關。作為另一種方法，耗盡區寬度可以通過將半導體的接觸金屬的表面摻雜為具有相對高的濃度而減小。然而，雖然隨著對于具有更小尺寸的半導體器件的需求逐漸增加，需要進一步增大摻雜濃度，但是在增大摻雜濃度、保持穩定的摻雜狀態并根據摻雜濃度的增大而減小耗盡區寬度的方法中存在限制。
技術實現思路
額外的方面將在以下的描述中被部分地闡述，并將部分地從該描述而變得明顯，或者可以通過實踐給出的示例實施方式而知悉。根據示例實施方式，一種半導體器件包括：半導體層，包括被摻雜為第一導電類型的阱區以及被摻雜為與第一導電類型電性相反的第二導電類型的源極區和漏極區；金屬層，電接觸半導體層；以及二維材料層，在半導體層和金屬層之間，二維材料層具有二維晶體結構，并包括在源極區上的第一
二維材料層以及在漏極區域上的第二二維材料層。金屬層包括在第一二維材料層上的源電極以及在第二二維材料層上的漏電極。二維材料層可以由包括石墨烯和納米晶體石墨烯(nc-G)中的至少一種的碳基2D材料形成。二維材料層可以由過渡金屬二硫屬化物形成，該過渡金屬二硫屬化物包括MoS2、WS2、TaS2、HfS2、ReS2、TiS2、NbS2、SnS2、MoSe2、WSe2、TaSe2、HfSe2、ReSe2、TiSe2、NbSe2、SnSe2、MoTe2、WTe2、TaTe2、HfTe2、ReTe2、TiTe2、NbTe2和SnTe2中的至少一種。二維材料層可以包括TiOx、NbOx、MnOx、VaOx、TaO3、WO3、MoCl2、CrCl3、RuCl3、BiI3、PbCl4、GeS、GaS、GeSe、GaSe、PtSe2、In2Se3、GaTe、InS、InSe、InTe、六方BN(h-BN)和磷烯(phosphorene)中的至少一種。二維材料層可以具有通過用其它元素替代二維晶體結構的一些元素和使其它元素結合到二維晶體結構之一而獲得的摻雜結構。二維材料層可以是納米線圖案、納米狹縫圖案、納米點圖案和納米孔圖案中的一種。二維材料層的厚度可以使得半導體層與金屬層之間的比接觸電阻率等于或小于10-7Ω·cm2。二維材料層的厚度可以在約0.3nm至約5nm的范圍內。二維材料層可以包括多層的具有厚度T1的單層二維晶體結構，二維材料層的總厚度TD可以是所有的單層二維晶體結構的厚度T1的總和。半導體層的接觸二維材料層的表面可以用單層原子表面處理。金屬層可以包括金屬材料并且半導體層可以包括半導體材料，半導體器件還可以包括在二維材料層和金屬層之間的界面層，該界面層包括金屬材料和半導體材料的化合物。半導體器件還可以包括：在源極區和漏極區之間的阱區上的柵絕緣膜；在柵絕緣膜上的柵電極；以及圍繞柵絕緣膜的側壁和柵電極的側壁的間隔物。第一二維材料層和第二二維材料層中的每個可以接觸間隔物的下表面。第一二維材料層和第二二維材料層中的每個可以接觸間隔物的側表面。源極區和漏極區的每個的摻雜濃度可以等于或高于1019/cm3。根據示例實施方式，一種半導體器件包括：柵絕緣膜，在柵電極和未摻
雜的半導體層之間；金屬層，電接觸半導體層；以及二維材料層，在半導體層和金屬層之間，二維材料層具有二維晶體結構，該二維晶體結構包括非碳基二維晶體。金屬層可以包括在柵絕緣膜上并面對半導體層的第一側表面的源電極以及在柵絕緣膜上并面對半導體層的第二側表面的漏電極，并且二維材料層可以包括在源電極和半導體層的第一側表面之間的第一二維材料層以及在漏電極和半導體層的第二側表面之間的第二二維材料層。第一二維材料層可以彎曲以從半導體層的第一側表面延伸直到半導體層的上表面的第一區域，第二二維材料層可以彎曲以從半導體層的第二側表面延伸直到半導體層的上表面的第二區域。根據示例實施方式，一種半導體器件包括：柵絕緣膜，在未摻雜的半導體層和柵電極之間；第一二維材料層，鄰近柵絕緣膜的第一側表面，第一二維材料層具有包括非碳基二維晶體的二維晶體結構；第二二維材料層，鄰近柵絕緣膜的與第一側表面相反的第二側表面，第二二維材料層具有包括非碳基二維晶體的二維晶體結構；源電極，在第一二維材料層上；以及漏電極，在第二二維材料層上。源電極和漏電極可以與柵絕緣膜間隔開。附圖說明從以下結合附圖的對示例實施方式的描述，這些和/或其它的方面將變得明顯且更易于理解，在附圖中：圖1是示意性地示出根據示例實施方式的半導體器件的結構的截面圖；圖2示意性地示出根據比較示例的半導體器件的能帶圖，該半導體器件不包括二維材料層；圖3A示意性地示出當其中的二維材料層是非碳基二維晶體時圖1中示出的半導體器件的能帶圖；圖3B示意性地示出當其中的二維材料層是碳基二維晶體時圖1中示出的半導體器件的能帶圖；圖4是示出比接觸電阻率根據二維材料層的類型的變化的曲線圖；圖5和圖6是示意性地示出具有不同數目的二維材料層的半導體器件的結構的截面圖；圖7A至圖7D是示意性地示出二維材料層的各種圖案的示例的平面圖；圖8是示意性地示出根據示例實施方式的半導體器件的結構的截面圖；圖9是示意性地示出根據示例實施方式的半導體器件的結構的截面圖；圖10是示意性地示出根據示例實施方式的半導體器件的結構的截面圖；以及圖11是示意性地示出根據示例實施方式的半導體器件的結構的截面圖。具體實施方式現在將詳細參照包括金屬-二維材料-半導體的接觸的半導體器件，其示例在附圖中示出，其中相同的附圖標記始終指代相同的元件。此外，為了說明的方便和為了清晰，附圖中示出的每個層的尺寸可以被夸大。在這點上，當前的實施方式可以具有不同的形式而不應被解釋為限于這里闡述的描述。因此，以下通過參照附圖僅描述了實施方式以說明本說明書的多個方面。在層結構中，當一組成元件設置“在”另一組成元件“上方”或“上”時，該組成元件可以僅直接在所述另一組成元件上或者以不接觸的方式在所述另一組成元件上方。將理解，當一元件被稱為“在”另一部件“上”、“連接到”、“電連接到”或“聯接到”另一部件時，它可以直接在該另一部件上、直接連接到、直接電連接到或直接聯接到該另一部件，或者可以存在居間的部件。相反，當一部件被稱為“直接在”另一部件“上”、“直接連接到”、“直接電連接到”或“直接聯接到”另一部件時，沒有居間的部件存在。當在這里使用時，術語“和/或”包括一個或多個相關列舉項目的任意和所有組合。將理解，雖然術語第一、第二、第三等可以在這里用于描述不同的元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種半導體器件，包括：半導體層，包括被摻雜為第一導電類型的阱區以及被摻雜為與所述第一導電類型電性相反的第二導電類型的源極區和漏極區；金屬層，電接觸所述半導體層；以及二維材料層，在所述半導體層和所述金屬層之間，所述二維材料層具有二維晶體結構，所述二維材料層包括，在所述源極區上的第一二維材料層，和在所述漏極區上的第二二維材料層，其中所述金屬層包括在所述第一二維材料層上的源電極以及在所述第二二維材料層上的漏電極。

【技術特征摘要】
2015.05.20 KR 10-2015-0070567;2015.08.04 KR 10-2011.一種半導體器件，包括：半導體層，包括被摻雜為第一導電類型的阱區以及被摻雜為與所述第一導電類型電性相反的第二導電類型的源極區和漏極區；金屬層，電接觸所述半導體層；以及二維材料層，在所述半導體層和所述金屬層之間，所述二維材料層具有二維晶體結構，所述二維材料層包括，在所述源極區上的第一二維材料層，和在所述漏極區上的第二二維材料層，其中所述金屬層包括在所述第一二維材料層上的源電極以及在所述第二二維材料層上的漏電極。2.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層包括碳基二維材料。3.根據權利要求2所述的半導體器件，其中所述碳基二維材料是石墨烯和納米晶體石墨烯(nc-G)中的至少一種。4.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層包括過渡金屬二硫屬化物。5.根據權利要求4所述的半導體器件，其中所述過渡金屬二硫屬化物包括MoS2、WS2、TaS2、HfS2、ReS2、TiS2、NbS2、SnS2、MoSe2、WSe2、TaSe2、HfSe2、ReSe2、TiSe2、NbSe2、SnSe2、MoTe2、WTe2、TaTe2、HfTe2、ReTe2、TiTe2、NbTe2和SnTe2中的至少一種。6.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層包括TiOx、NbOx、MnOx、VaOx、TaO3、WO3、MoCl2、CrCl3、RuCl3、BiI3、PbCl4、GeS、GaS、GeSe、GaSe、PtSe2、In2Se3、GaTe、InS、InSe、InTe、六方BN(h-BN)和磷烯中的至少一種。7.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層具有通過用其它元素替代所述二維晶體結構中的一些元素和使其它元素與所述二維晶體結構結合之一獲得的摻雜結構。8.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層是納米線圖案、納米狹縫圖案、納米點圖案和納米孔圖案中的一種。9.根據權利要求1所述的半導體器件，其中所述二維材料層的厚度使得所述半導體層與所述金屬層之間的比接觸電阻率等于或小于10-7Ω·cm2。10.根據權利要求9所述的半導體器件，其中所述二維材料層的厚度在0.3nm至5nm的范圍內。11.根據權利要求9所述的半導體器件，其中所述二維材料層包括多層的具有厚度T1的單層二維晶體結構；以及所述二維材料層的總厚度TD是...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李珉賢，金海龍，申鉉振，南勝杰，樸晟準，
申請(專利權)人：三星電子株式會社，
類型：發明
國別省市：韓國;KR