二维半导体器件的低接触电阻制备方法及二维半导体器件与流程

本发明涉及半导体制造，尤其涉及一种二维半导体器件的低接触电阻制备方法及二维半导体器件。

背景技术：

1、在二维半导体器件的制造过程中，源漏接触孔的形成是决定接触电阻的关键环节。为保护原子级厚度的二维半导体沟道层，现有工艺通常在其上方依次沉积刻蚀阻挡层和沟道绝缘层，并在刻蚀沟道绝缘层后，采用湿法刻蚀工艺去除暴露的刻蚀阻挡层，从而暴露出二维半导体沟道层表面以形成接触孔。

2、然而，湿法刻蚀固有的各向同性特性导致刻蚀形貌可控性差，难以满足纳米级器件的精度要求。同时，反应溶液易沿二维材料界面浸润渗透，在二维半导体沟道层中引入硫空位等晶格缺陷，进而劣化器件电学性能并导致接触电阻升高。

技术实现思路

1、本发明提供一种二维半导体器件的低接触电阻制备方法及二维半导体器件，在不损伤二维半导体沟道层的前提下，形成了形貌可控、低接触电阻的源漏接触孔，解决了因采用湿法工艺导致的形貌可控性差、易引入晶格缺陷、接触电阻高等技术问题。

2、第一方面，本发明提供一种二维半导体器件的低接触电阻制备方法，包括：

3、提供基底并在所述基底表面依次形成二维半导体沟道层、刻蚀阻挡层和沟道绝缘层；

4、对所述沟道绝缘层进行图案化处理，以形成暴露出局部所述刻蚀阻挡层的开口；

5、采用包含表面化学改性与低能离子轰击剥离交替进行的原子层刻蚀工艺，去除所述开口底部暴露的所述刻蚀阻挡层，直至暴露出底部的所述二维半导体沟道层表面以形成接触孔；

6、在所述接触孔内制备导电金属材料以形成源漏电极。

7、在一些实施例中，采用包含表面化学改性与低能离子轰击剥离交替进行的原子层刻蚀工艺，去除所述开口底部暴露的所述刻蚀阻挡层，包括多次循环的刻蚀周期，单个所述刻蚀周期包括：

8、通入化学改性气体对所述刻蚀阻挡层的最表面进行化学改性吸附，以形成化学反应层；

9、通入物理轰击气体并通过施加偏压产生物理轰击离子，以选择性地剥离并去除所述化学反应层。

10、在一些实施例中，所述原子层刻蚀工艺，包括：

11、在刻蚀初期通入物理轰击气体并通过施加第一偏压产生物理轰击离子，以保证反应层剥离效率；

12、在预估刻蚀深度即将到达所述二维半导体沟道层的表面时，通过施加第二偏压产生物理轰击离子，所述第二偏压的能量阈值不破坏所述二维半导体沟道层内部的本征共价键；其中，所述第一偏压大于所述第二偏压。

13、在一些实施例中，对所述沟道绝缘层进行图案化处理，包括：

14、采用等离子体干法刻蚀工艺对所述沟道绝缘层进行各向异性刻蚀；

15、在所述各向异性刻蚀的过程中，向等离子体反应环境中通入含有碳氟混合气体的刻蚀气体体系；其中，所述刻蚀气体体系用于刻蚀所述沟道绝缘层，并在所述开口的侧壁原位沉积生成碳氟基聚合物保护膜，以抑制横向刻蚀并保证向下刻蚀的高度各向异性。

16、在一些实施例中，在所述各向异性刻蚀的过程中，还包括：

17、采用光学发射光谱系统实时监控等离子体发射光谱变化情况；

18、当监测到代表所述沟道绝缘层的主特征元素光谱信号强度下降，且代表所述刻蚀阻挡层的主特征元素光谱信号升高时，控制所述各向异性刻蚀停止于所述刻蚀阻挡层的上表面。

19、在一些实施例中，形成接触孔之后，还包括：

20、对暴露出的所述二维半导体沟道层表面的结构进行退火处理，以修复所述二维半导体沟道层表面的晶格缺陷；

21、在经过所述退火处理后的所述接触孔内制备导电金属材料以形成源漏电极。

22、在一些实施例中，对暴露出的所述二维半导体沟道层表面的结构进行退火处理，包括：

23、对暴露出的所述二维半导体沟道层表面的结构进行低温退火处理；其中，所述低温退火处理包括在包含惰性气体的气氛中进行第一温度范围内的退火，以去除所述二维半导体沟道层表面残留的聚合物和化学副产物；

24、对暴露出的所述二维半导体沟道层表面的结构进行中高温退火处理；其中，所述中高温退火处理包括在包含硫族元素的富硫气氛中进行第二温度范围内的退火，通过热激活使硫族元素嵌入所述二维半导体沟道层的晶格内，完成硫空位缺陷的填充修复，所述第二温度范围对应的温度大于所述第一温度范围对应的温度。

25、在一些实施例中，所述低温退火处理，包括：

26、退火气氛采用由所述惰性气体与微量反应性气体组成的混合气体；

27、利用所述反应性气体在低温下与所述二维半导体沟道层表面的化学吸附污染物发生还原反应以生成易挥发的还原态气体，并通过热脱附与化学清除通道进行所述二维半导体沟道层表面的原位净化。

28、在一些实施例中，所述中高温退火处理，包括：

29、在腔体升温至所述中高温之前，在低温度阶段以脉冲形式注入有机含硫前驱体气体，以使含硫分子预先吸附并特异性配位于所述二维半导体材料表面的硫空位处；

30、升温至所述中高温执行退火处理，以触发含硫分子的断裂与晶格键合反应，完成预定位的化学键合修复。

31、在一些实施例中，在完成所述退火处理之后，还包括：

32、在不脱离真空环境的条件下，于原位高真空腔体内通入金属前驱体进行极低温处理；

33、在所述二维半导体材料表面沉积形成缓冲层，并在所述缓冲层上的所述接触孔内制备导电金属材料以形成源漏电极。

34、在一些实施例中，在所述接触孔内制备导电金属材料以形成源漏电极，包括：

35、采用物理气相沉积工艺或原子层沉积工艺，在所述接触孔的侧壁以及暴露出所述二维半导体沟道层的底部沉积金属接触粘附层；

36、采用化学气相沉积工艺在所述金属接触粘附层表面沉积所述导电金属材料；

37、采用化学机械抛光工艺进行平坦化处理。

38、在一些实施例中，所述二维半导体沟道层包括二硫化钼薄膜，所述刻蚀阻挡层包括三氧化二铝层，所述沟道绝缘层包括二氧化硅层；和/或，所述刻蚀阻挡层的厚度在8nm至12nm之间。

39、第二方面，本发明还提供一种二维半导体器件，采用如第一方面所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法制备而成。

40、本发明利用原子层刻蚀工艺从根本上避免了湿法刻蚀各向同性所导致的横向钻蚀问题，使得形成的接触孔侧壁陡直、关键尺寸精确可控，能够满足纳米级器件的制造精度要求。全干法工艺无需使用任何刻蚀溶液，因此不存在反应溶液沿界面浸润渗透的风险，彻底根除了湿法工艺在二硫化钼薄膜中引入硫空位等晶格缺陷的途径。同时，原子层刻蚀的低损伤特性，确保了暴露出的二维半导体沟道层表面晶格完整、无杂质沾污，为后续金属电极提供了近乎完美的接触界面，有效降低了金属与半导体之间的接触电阻，从而直接提升了晶体管的开关速度和驱动能力，降低了功耗。

1.一种二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，采用包含表面化学改性与低能离子轰击剥离交替进行的原子层刻蚀工艺，去除所述开口底部暴露的所述刻蚀阻挡层，包括多次循环的刻蚀周期，单个所述刻蚀周期包括：

3.根据权利要求2所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，所述原子层刻蚀工艺，包括：

4.根据权利要求1或2所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，对所述沟道绝缘层进行图案化处理，包括：

5.根据权利要求4所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，在所述各向异性刻蚀的过程中，还包括：

6.根据权利要求1或2所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，形成接触孔之后，还包括：

7.根据权利要求6所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，对暴露出的所述二维半导体沟道层表面的结构进行退火处理，包括：

8.根据权利要求1或2所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，在所述接触孔内制备导电金属材料以形成源漏电极，包括：

9.根据权利要求1或2所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法，其特征在于，所述二维半导体沟道层包括二硫化钼薄膜，所述刻蚀阻挡层包括三氧化二铝层，所述沟道绝缘层包括二氧化硅层；和/或，所述刻蚀阻挡层的厚度在8nm至12nm之间。

10.一种二维半导体器件，其特征在于，采用如权利要求1-9任一项所述的二维半导体器件的低接触电阻制备方法制备而成。