一种用于源漏电极的低功函数合金及其制备方法与流程

本发明涉及半导体器件，尤其涉及一种用于源漏电极的低功函数合金及其制备方法。

背景技术：

1、当下集成电路已无法按照摩尔定律继续发展，主流的硅基工艺面临物理和工艺极限的挑战，需要新的材料和架构满足对算力不断增长的需求。碳纳米管作为后摩尔时代最具希望的材料之一，目前已经实现在4寸晶圆上批量制备高半导体纯度、高密度的碳管阵列，为制备大规模集成电路打下了材料基础，基于高半导体纯度、高密度、大直径的碳纳米管阵列的p型晶体管展示出优异的性能和良率，但是n型晶体管的性能还不能与p型晶体管媲美，导致无法制备具有高噪声容限和低静态功耗优势的cmos集成电路，其中，n型晶体管的性能劣于p型晶体管的主要原因在于n型晶体管的接触电阻大。

2、目前，主要有两种方案制备基于高半导体纯度、高密度、大直径的碳纳米管阵列的n型晶体管，第一种方案是采用静电掺杂的方式对碳纳米管进行掺杂，使沟道处于n掺状态，进而制备n型晶体管，这种方案的问题是静电掺杂多通过不同薄膜间的偶极子、相同薄膜间的不同组分梯度形成，可控性差，且并未从根本上解决碳纳米管接触区域载流子注入的问题，接触电阻仍然很大；第二种方案是采用低功函数的单元素金属，如钪sc、钇y、铪hf、钆gd等，其费米能级与碳纳米管的导带接近，有利于电子的注入形成n型接触和n型晶体管，这些低功函数单元素金属和碳纳米管的接触电阻大小不仅取决于其功函数和碳纳米管导带的距离，还取决于其与碳纳米管的浸润性，这些低功函数单元素金属接触存在的问题是易氧化，在器件加工工艺过程中极易氧化而不导通，导致碳纳米管n型晶体管的性能和良率下降，特别是由于低功函数金属侧壁的氧化，导致n型器件缩减难以进行。

技术实现思路

1、本发明意在提供一种用于源漏电极的低功函数合金及其制备方法，以解决现有技术中存在的不足，本发明要解决的技术问题通过以下技术方案来实现。

2、本发明提供的用于源漏电极的低功函数合金，包括：

3、原子百分比为32at.％-80at.％的钪；

4、原子百分比为20at.％-60at.％的钇；

5、以及原子百分比为0-8at.％的微调元素，其中，所述微调元素为锆、镍、铪、钛、硅、钕中的一种或多种。

6、在上述的方案中，所述合金包括原子百分比为55.1at.％的钪。

7、在上述的方案中，所述合金包括原子百分比为39.8at.％的钇。

8、在上述的方案中，所述合金包括原子百分比为5.1at.％的微调元素。

9、在上述的方案中，所述微调元素为镍。

10、在上述的方案中，所述制备方法包括：

11、按照合金中钪、钇以及微调元素的原子百分比提供合金原料，并将合金原料置于真空电弧熔炼炉中的水冷铜坩埚底部；

12、对真空电弧熔炼炉内部进行多次洗气操作；

13、通过引弧材料在真空电弧熔炼炉生成电弧；

14、通过对合金原料多次交替进行熔炼和冷却，并将多次交替进行熔炼和冷却得到的合金铸锭放置在真空退火炉中退火；

15、对退火后的合金铸锭进行打磨处理。

16、在上述的方案中，在进行多次洗气操作过程中，打开真空电弧熔炼炉中的预抽阀，待真空电弧熔炼炉中的复合真空计示数为相应的真空计示数阈值时，关闭预抽阀，充入氩气，在真空电弧熔炼炉中的真空室压力真空表显示为相应的真空表显示阈值时，关闭氩气。

17、在上述的方案中，在对合金原料多次交替进行熔炼和冷却的过程中，经过熔炼得到相应的合金熔体，通过对所述合金熔体进行冷却，得到相应的合金铸锭；

18、其中，在对合金铸锭进行熔炼前，将相应的合金铸锭进行翻面。

19、在上述的方案中，将多次交替进行熔炼和冷却得到的合金铸锭放置在440-580℃的真空退火炉中退火1-4h。

20、在上述的方案中，将多次交替进行熔炼和冷却得到的合金铸锭放置在500℃的真空退火炉中退火2h。

21、本发明实施例包括以下优点：

22、本发明实施例提供的用于源漏电极的低功函数合金及其制备方法，通过设计了主要成分为钪和钇的合金，并且在其中掺杂微调元素，在保证功函数和碳纳米管导带对准、合金和碳纳米管浸润性的基础上，极大地增加了合金的抗氧化能力，并形成了优异的n型欧姆接触，有利于降低碳纳米管n型晶体管的接触电阻、有利于提高碳纳米管n型晶体管的电学性能、有利于制备小尺寸碳纳米管n型晶体管器件。

技术特征：

1.一种用于源漏电极的低功函数合金，其特征在于，所述合金包括：

2.根据权利要求1所述的用于源漏电极的低功函数合金，其特征在于，所述合金包括原子百分比为55.1at.％的钪。

3.根据权利要求2所述的用于源漏电极的低功函数合金，其特征在于，所述合金包括原子百分比为39.8at.％的钇。

4.根据权利要求3所述的用于源漏电极的低功函数合金，其特征在于，所述合金包括原子百分比为5.1at.％的微调元素。

5.根据权利要求4所述的用于源漏电极的低功函数合金，其特征在于，所述微调元素为镍。

6.一种如权利要求1-5任一项所述的用于源漏电极的低功函数合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

7.根据权利要求6所述的用于源漏电极的低功函数合金的制备方法，其特征在于，在进行多次洗气操作过程中，打开真空电弧熔炼炉中的预抽阀，待真空电弧熔炼炉中的复合真空计示数为相应的真空计示数阈值时，关闭预抽阀，充入氩气，在真空电弧熔炼炉中的真空室压力真空表显示为相应的真空表显示阈值时，关闭氩气。

8.根据权利要求6所述的用于源漏电极的低功函数合金的制备方法，其特征在于，在对合金原料多次交替进行熔炼和冷却的过程中，经过熔炼得到相应的合金熔体，通过对所述合金熔体进行冷却，得到相应的合金铸锭；

9.根据权利要求6所述的用于源漏电极的低功函数合金的制备方法，其特征在于，将多次交替进行熔炼和冷却得到的合金铸锭放置在440-580℃的真空退火炉中退火1-4h。

10.根据权利要求9所述的用于源漏电极的低功函数合金的制备方法，其特征在于，将多次交替进行熔炼和冷却得到的合金铸锭放置在500℃的真空退火炉中退火2h。

技术总结本发明涉及一种用于源漏电极的低功函数合金及其制备方法，属于半导体器件技术领域，所述合金包括：原子百分比为32at.％‑80at.％的钪；原子百分比为20at.％‑60at.％的钇；以及原子百分比为0‑8at.％的微调元素，其中，所述微调元素为锆、镍、铪、钛、硅、钕中的一种或多种。本申请提供合金及其制备方法，通过设计了主要成分为钪和钇的合金，并且在其中掺杂微调元素，在保证功函数和碳纳米管导带对准、合金和碳纳米管浸润性的基础上，使合金不易氧化，并形成了优异的N型欧姆接触，有利于降低碳纳米管N型晶体管的接触电阻、有利于提高碳纳米管N型晶体管的电学性能、有利于制备小尺寸碳纳米管N型晶体管器件。技术研发人员：韩培德,马洁,李政,张翊,曹宇,殷子论,李枝兰,白兰,梁学磊受保护的技术使用者：太原元芯碳基薄膜电子研究院有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/11