[發明專利]一種半導體器件及其制作方法

有效

• 申請號: 201410140183.7
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN104979393B
• 公開（公告）日: 2018-10-23
• 發明（設計）人: 鄭凱
• 申請（專利權）人: 中芯國際集成電路制造（上海）有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/49;H01L21/336
• 代理公司: 北京市磐華律師事務所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

本發明涉及一種半導體器件及其制作方法，根據本發明的方法制作“Pseudo?Spin”耦合石墨烯場效應晶體管，這將在制作硅CMOS器件技術中提供較小尺寸的MOSFET，石墨烯與其他的半導體材料相比具有意想不到的優勢，例如，超高遷移率、雙極型導體和超靈活性等。根據本發明制作的“Pseudo?Spin”耦合石墨烯場效應晶體管與現有制作的垂直“Pseudo?Spin”場效應晶體管相比更容易制作和性能更優良。并且該“Pseudo?Spin”耦合石墨烯場效應晶體管能夠和硅CMOS工藝兼容。

技術領域

本發明涉及半導體制造工藝，具體地，本發明涉及一種半導體器件及其制作方法。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，集成電路性能的提高主要是通過不斷縮小集成電路器件的尺寸以提高它的速度來實現的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半導體工業已經進步到納米技術工藝節點，含有硅材料的CMOS半導體器件的不斷縮小，硅材料在較小尺寸器件的制備收到各種物理極限和化學特征的限制，在半導體技術中提出了新型材料和新型器件以滿足器件縮小的要求。

石墨烯場效應(Graphene field-effect)器件在室溫條件下場效應遷移率接近1000cm²/Vs，由于石墨烯的線性帶結構使其具有顯著的物理傳輸性能，這將制作新型的器件以超過CMOS邏輯器件，例如“Pseudo-Spin(自旋)”器件。

現有技術中的“Pseudo-Spin”石墨烯場效應晶體管為一種垂直結構的MOSFET，如1圖所示。所述Pseudo-Spin”石墨烯場效應晶體管100包括頂部電極101和底部電極102，并且源漏區類似于電極接觸(electrodecontacts)，分別位于垂直結構的頂部和底部。該器件結構將面臨著巨大的挑戰，很難采用傳統的硅工藝實現該器件結構的制作。

因此，需要一種新的制作“Pseudo-Spin”石墨烯場效應晶體管的方法，以解決現有技術中的問題。

發明內容

在發明內容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實施方式部分中進一步詳細說明。本發明的發明內容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術方案的關鍵特征和必要技術特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術方案的保護范圍。

為了有效解決上述問題，本發明提出了一種半導體器件的制作方法，包括：提供半導體襯底；在所述半導體襯底上形成第一電介質層；在所述第一電介質層上形成N型石墨烯層；圖案化所述N型石墨烯層，以露出部分的所述第一電介質層；在露出的所述第一電介質層和所述N型石墨烯層上形成第二電介質層；圖案化所述第二電介質層，以露出部分的所述N型石墨烯層，完全覆蓋露出的所述第一電介質層；在圖案化的所述第二電介質層上形成P型石墨烯層；圖案化所述P型石墨烯層，以露出部分的位于所述N型石墨烯層上方的所述第二電介質層；在所述半導體襯底上形成第三電介質層；圖案化所述第三電介質層，以露出部分的所述N型石墨烯層和所述P型石墨烯層。

優選地，還包括在圖案化所述第三電介質層之后在露出的所述N型石墨烯層上形成N型金屬接觸層和在露出的所述P型石墨烯層上形成P型金屬接觸層的步驟。

優選地，還包括在形成所述N型金屬接觸層和所述P型金屬接觸層之后執行平坦化工藝以露出所述第三電介質層的步驟。

優選地，還包括在執行所述平坦化步驟之后在所述第三電介質層上形成金屬柵極的步驟。

優選地，所述N型石墨烯層和所述P型石墨烯層為單層石墨烯結構。

優選地，所述第三電介質層和所述第二電介質層的材料相同。