[發(fā)明專利]一種石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610566096.7
• 申請日: 2016-07-18
• 公開（公告）號: CN107634097B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳卓凡;張海洋
• 申請（專利權(quán)）人: 中芯國際集成電路制造（北京）有限公司;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;H01L21/336;H01L29/423
• 代理公司: 北京市磐華律師事務(wù)所 11336
• 代理人: 董巍;高偉

本發(fā)明提供一種石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制造方法，所述制作方法包括：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成石墨烯層；對所述石墨烯層的NMOS區(qū)域進(jìn)行N型離子注入以形成N型石墨烯溝道層；對所述石墨烯層的PMOS區(qū)域進(jìn)行P型離子注入以形成P型石墨烯溝道層；使用原子層刻蝕法移除所述N型石墨烯溝道層中的部分石墨烯層，以形成具有第一厚度的N型石墨烯溝道層和具有第二厚度的P型石墨烯溝道層，所述第一厚度小于所述第二厚度。根據(jù)本發(fā)明提出的石墨烯場效應(yīng)晶體管的制作方法，可控制導(dǎo)電溝道中石墨烯層的厚度，從而平衡N型和P型石墨烯溝道層的載流子遷移率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制造方法。

背景技術(shù)

隨著摩爾(Moore)定律的不斷延展與縱深，使得硅基集成電路的器件尺寸離物理極限越來越近，國際半導(dǎo)體工藝界紛紛提出超越硅(Beyond Silicon)技術(shù)，其中具有較大開發(fā)潛力的石墨烯應(yīng)運(yùn)而生。

石墨烯(Graphene)是一種單層蜂窩晶體點陣上的碳原子組成的二維晶體，單層石墨烯的厚度約為0.35納米，十層以下的石墨均被看作為石墨烯。石墨烯不僅具有非常出色的力學(xué)性能和熱穩(wěn)定性，還具有超導(dǎo)電學(xué)性質(zhì)。石墨烯的理論載流子遷移率可以高達(dá)2×10⁵cm²/Vs，是目前硅材料載流子遷移率的10倍左右，并具有常溫量子霍爾效應(yīng)等物理性質(zhì)，因此，石墨烯被認(rèn)為有可能取代硅成為新一代的主流半導(dǎo)體材料。

石墨烯場效應(yīng)晶體管是利用石墨烯的半導(dǎo)體特性來制成的晶體管。其中，石墨烯用于形成導(dǎo)電溝道，通過控制柵端電壓，其可以調(diào)制溝道的電流大小，也即調(diào)制源極和漏極之間的電流大小。實際應(yīng)用中，由于襯底和沉積在石墨烯上的柵介質(zhì)層等的影響，N型和P型石墨烯溝道層的載流子遷移率存在差異，這會對器件的性能產(chǎn)生不利影響。因此，需要提出一種方法，以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括：

提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成石墨烯層；

對所述石墨烯層的NMOS區(qū)域進(jìn)行N型離子注入以形成N型石墨烯溝道層；

對所述石墨烯層的PMOS區(qū)域進(jìn)行P型離子注入以形成P型石墨烯溝道層；

使用原子層刻蝕法移除所述N型石墨烯溝道層中的部分石墨烯層，以形成具有第一厚度的N型石墨烯溝道層和具有第二厚度的P型石墨烯溝道層，所述第一厚度小于所述第二厚度。

示例性地，還包括在所述N型石墨烯溝道層和所述P型石墨烯溝道層上形成柵極結(jié)構(gòu)的步驟。

示例性地，還包括以所述柵極結(jié)構(gòu)為掩膜刻蝕去除露出的所述石墨烯層，定義導(dǎo)電溝道的步驟。

示例性地，還包括在所述石墨烯溝道層露出的側(cè)面上形成源極及漏極的步驟。

示例性地，所述柵極結(jié)構(gòu)包括柵介質(zhì)層，柵電極層和柵極側(cè)墻。

示例性地，所述柵極結(jié)構(gòu)為多晶硅柵+氧化物介質(zhì)層?xùn)艠O結(jié)構(gòu)或高K金屬柵極結(jié)構(gòu)。

示例性地，所述半導(dǎo)體襯底與所述石墨烯層之間還形成有SiC層。

示例性地，所述石墨烯層外延形成于所述SiC層上。

示例性地，所述原子層刻蝕法包括：

在石墨烯層的N型石墨烯溝道層上沉積金屬層的步驟；

以及溶解所述金屬層，同時去除其下方的部分石墨烯層的步驟。

示例性地，所述金屬層的沉積方法為濺射法。

示例性地，所述金屬層為鋅層或鋁層。