[發(fā)明專利]一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法

有效

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• 申請日: 2013-07-06
• 公開（公告）號: CN104282541B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 鐘匯才;梁擎擎;朱慧瓏;葉甜春
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/28
• 分類號: H01L21/28;H01L21/336;H01L29/45;H01L29/78
• 代理公司: 北京漢昊知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11370
• 代理人: 朱海波

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)

在MOS晶體管中，由于源/漏和柵極的接觸電阻等寄生電阻參數(shù)不能隨著MOS器件的縮小而縮小，這使得寄生電阻在總的電阻中占有很大的比例，并將嚴重影響器件的輸出特性和頻率特性，因而，減小源、漏和柵極的接觸電阻對于提高MOS器件的性能非常重要。為此，傳統(tǒng)CMOS工藝中在源、漏和柵極上形成金屬硅化物，減小其與金屬互連線間的接觸電阻，然而隨著MOS器件進一步縮小，這種方法對接觸電阻的改善作用將會越來越不明顯。

為了減小源漏延伸區(qū)的寄生電阻，傳統(tǒng)CMOS工藝中對其進行調(diào)整注入，提高摻雜濃度。然而，高摻雜的源漏延伸區(qū)會向柵極下方的溝道區(qū)橫向擴散，導(dǎo)致溝道退化，并使得柵-源、柵-漏覆蓋電容Cov增大，Miler效應(yīng)增加，導(dǎo)致器件性能退化。

石墨烯自從被發(fā)現(xiàn)以來，即已成為世界各國研究小組的研究熱點，它是一種由單層碳原子緊密堆積成二維蜂窩狀結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)新材料。石墨烯的室溫本征電子遷移率可達200000cm²/Vs，是Si（約1450cm²/Vs）的140倍，GaAs（約8500cm²/Vs）的20倍、GaN（約2000cm²/Vs）的100倍。因此，石墨烯具有高載流能力，是目前已知導(dǎo)電性能最出色的材料。此外，石墨烯具有二維特性，可與傳統(tǒng)的半導(dǎo)體器件兼容，石墨烯的制作工藝也與現(xiàn)有的CMOS制造工藝相兼容。石墨烯的這些優(yōu)異電學(xué)性能，使其在超高頻乃至太赫茲電子器件、超級計算機等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用價值，被認為是下一代集成電路中有望延續(xù)摩爾定律的重要材料。

目前，石墨烯已被廣泛用于先進CMOS器件的研究中，用作溝道層、源/漏區(qū)接觸以及柵電極的接觸材料。為了充分地利用石墨烯低電阻率、高載流子遷移率等特點，必須在石墨烯與互連金屬之間形成良好的電學(xué)接觸。最新的研究成果顯示，在釕等金屬表面上可以制備出非常平整的理想的石墨烯單層，底層石墨烯會與釕產(chǎn)生強烈的交互作用，其中的碳-釕鍵是金屬鍵而非共價鍵，因而石墨烯-釕會形成非常好的金屬接觸，而不是半導(dǎo)體接觸。其他稀有金屬如鉑、銥、錸等也可以與石墨烯形成非常好的金屬接觸。通過金屬-石墨烯再與互連金屬接觸，可以進一步減小接觸電阻，提高場效應(yīng)器件的性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，在制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的過程中可減少源、漏區(qū)的接觸電阻，同時不會導(dǎo)致短溝效應(yīng)、柵覆蓋電容增大等器件性能退化的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，該方法包括：

a）提供襯底，在所述襯底中形成淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)以及有源區(qū)；

b）在所述襯底之上形成金屬-石墨烯層；

c）在所述金屬-石墨烯層上形成偽柵、側(cè)墻、源/漏區(qū)以及層間介質(zhì)層；

d）去除所述偽柵以及所述偽柵下面的金屬-石墨烯層；

e）在所述偽柵的位置形成柵極堆疊，所述柵極堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極；

f）通過刻蝕所述層間介質(zhì)層形成到達所述金屬-石墨烯層的接觸孔，以導(dǎo)電材料填充所述接觸孔，并進行平坦化。

相應(yīng)地，本發(fā)明提供的一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底、金屬-石墨烯層、柵極堆疊、側(cè)墻、層間介質(zhì)層和接觸孔，其中：

所述淺溝槽隔離結(jié)構(gòu)、源/漏區(qū)位于所述襯底中；

所述柵極堆疊形成在所述襯底之上；

所述柵極堆疊包括柵介質(zhì)層和柵電極；

所述側(cè)墻形成在所述柵極堆疊的側(cè)壁上；

所述金屬-石墨烯層位于所述源/漏區(qū)之上，并且其中一部分金屬-石墨烯層位于所述側(cè)墻和所述接觸孔的下面；

所述層間介質(zhì)層覆蓋所述源/漏區(qū)和所述柵極堆疊；

所述接觸孔嵌于所述層間介質(zhì)層中，接觸孔的下端與所述金屬-石墨烯層相接。

采用本發(fā)明提供的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過在源/漏區(qū)上形成金屬-石墨烯層，減小石墨烯與互連金屬之間的接觸電阻，即減小了源/漏區(qū)的接觸電阻，提高了場效應(yīng)器件的性能。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點將會變得更明顯：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的制造方法的具體實施方式的流程圖；

圖2a至圖2f是根據(jù)圖1示出的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)過程中該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)在各個制造階段的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；