[发明专利]一种石墨烯器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明通常涉及一种半导体器件及其制造方法，具体来说，涉及一种石墨烯的半导体器件及其制造方法。

背景技术

当前，针对前瞻性先导研究，国际上最关心的是11nm-16nm技术代以后，CMOS器件是否还能象现在这样基于硅半导体衬底。一个研究热点是开发新的具有更高载流子迁移率的材料体系和新的技术手段来进一步延展摩尔定律和超越硅CMOS(Beyond Si-CMOS)，推进集成电路技术的发展。

石墨烯材料以其优异的物理性质得到了广泛的关注，是被人们很看好的一种碳基材料。石墨烯是单原子层的石墨晶体薄膜，其晶格是由碳原子构成的六方点阵蜂窝状二维结构。石墨烯电子和空穴迁移率大致相当，具有极高的载流子迁移率，是硅的电子迁移率的10倍和空穴迁移率的30倍，远远超过了电子在一般导体或半导体中的运动速度，是自然界中迁移率最高的材料。

虽然石墨烯材料展现出了很多优异的物理特性，但其作为高迁移率沟道材料在CMOS器件中的应用还面临着许多挑战。其中，由于石墨烯衬底的超薄特性(单层或者多层结构)，传统CMOS工艺的利用离子注入形成PN结源/漏区的方法不再适用，而是采用在栅极区两侧的石墨烯衬底上直接生长金属电极的方法，但由此而带来的问题是相对高的寄生电阻，这将影响器件的速度和性能。

因此，有必要提出一种具有低寄生电阻的接触塞的石墨烯器件及其制造方法。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供了一种石墨烯器件的制造方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上形成至少包括一层的n型或p型石墨烯层；在所述石墨烯层上形成栅极区，所述栅极区包括金属电极；覆盖未被所述栅极区覆盖的石墨烯层以形成层间介质层；在所述层间介质层内形成石墨烯层的接触塞，其中所述接触塞包括位于石墨烯层上的纳米级的催化金属颗粒及其上的碳纳米管。

本发明还提供了一种利用上述方法形成的器件，所述器件包括：衬底；形成于所述衬底上至少包括一层的n型或p型石墨烯层；形成于所述石墨烯层上的栅极区，所述栅极区包括金属电极；形成于未被所述栅极区覆盖的石墨烯层上的层间介质层；形成于所述层间介质层内、石墨烯层上的接触塞，其中所述接触塞包括位于石墨烯层上的纳米级的催化金属颗粒及其上的碳纳米管。

通过采用本发明所述的方法，在所述石墨烯衬底上形成具有金属栅极的栅极区，并在栅极区两侧的石墨烯上形成包括纳米级的催化金属颗粒以及其上的碳纳米管的接触塞结构，纳米级的催化金属颗粒一方面有诱导碳纳米管生长的作用外，另一方面还可以起到调节碳纳米管和石墨烯接触塞时的势垒高度的作用，进而降低接触电阻，而且碳纳米管本身具有高导电性，这大大降低了接触塞的体电阻，从而降低石墨烯器件的寄生电阻，提高器件的性能。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的石墨烯器件的制造方法的流程图；

图2-8示出了根据本发明的实施例的石墨烯器件各个制造阶段的示意图；

具体实施方式

本发明通常涉及一种石墨烯器件及其制造方法。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。

参考图1，图1示出了根据本发明实施例的石墨烯器件的制造方法流程图。在步骤S101，提供衬底201，参考图2。所述衬底201包括绝缘材料或半导体材料，例如SiO2、Si或SiC，或其组合。所述衬底201已做好前期处理操作，所述处理操作包括预清洗，对于衬底包括半导体材料的实施例中，所述处理操作包括预清洗及形成浅沟槽隔离区。在本发明图示实施例中，所述衬底包括绝缘材料，例如SiO₂。