[发明专利]半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造方法领域，特别地，涉及一种基于侧墙双重图形化的石墨烯纳米带器件的制造方法。

背景技术

自第一个晶体管诞生以来，集成电路在一系列的创新性工作的推动下一直以惊人的速度发展。如今硅基集成电路的特征尺寸已经降到22nm，16nm、14nm节点技术也取得了很多进展。然而，如何继续以一个高速的发展模式推动集成电路发展已经成为一个不得不去思考的问题。近年来新材料、新工艺、新器件不断的涌现，尤其是新型材料得到了更加广泛的关注，何种材料能在后硅时代占领新的高地已经成为各国科学家研究的热点。

石墨烯作为一种二维的新型材料自2004年被制备出来以后就获得了广泛的关注，迅速成为了研究热点。其中，最引人注目的是把石墨烯作为沟道材料制作晶体管。由于石墨烯在室温下具有超高的载流子迁移率，因而石墨烯晶体管将具有更好的性能。然而，石墨烯本身不具有能隙，因此石墨烯晶体管不能有高的开关比，不能被用于需求高开关比的应用中。如何打开石墨烯的能隙提高石墨烯器件的开关比成为摆在众多石墨烯研究人员面前的一个难题。

目前，打开石墨烯能带的方法主要有三种：一、将石墨烯制作成纳米带；二、对石墨烯施加应力；三、在双层石墨烯中施加垂直电场。其中，第一种方法是最为方便也是受到最多研究的一种方法。然而如何制备可以打开足够能隙的石墨烯纳米带，对目前的工艺手段提出了更高的要求。

为了利用当前的工艺手段制备出石墨烯纳米带，各个研究机构都提出了一些有特色的办法，其中有：电子束曝光技术、化学方法的可向异性刻蚀、声化学方法、碳纳米管裁剪法、碳化硅基外延、有机合成、金属模板直接生长等。但是，这些方法中只有个别的可以提供大规模集成使用，但是却不能提供足够窄的纳米条带和足够平滑的边缘。

因此，需要提供一种新的制造方法，在现有集成电路工艺的基础上，大规模地提供所需求的石墨烯纳米条带器件。

发明内容

针对目前石墨烯纳米带制备存在的问题，例如纳米带宽度无法缩窄、边缘粗糙、无法大规模集成等，本发明提出了一种使用基于侧墙双重图形化的石墨烯纳米带器件的结构和制造工艺。

根据本发明的一个方面，本发明提供一种半导体器件制造方法，其中，包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上形成石墨烯层；

在所述石墨烯层上形成第一介质层；

各向异性地刻蚀所述第一介质层，以在所述第一介质层中形成突块结构；

在所述第一介质层上各向同性地沉积第二介质层；

各向异性地刻蚀所述第二介质层，以使所述第二介质层仅留存于所述突块结构的侧面上，留存的所述第二介质层成为掩模侧墙；

以所述掩模侧墙为掩模，各向异性地刻蚀所述第一介质层和所述石墨烯层，从而获得所需的石墨烯纳米带。

在本发明的方法中，所述第二介质层的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化铪或氮化钛，沉积工艺为CVD或ALD，厚度为1-10nm。

在本发明的方法中，所述石墨烯层的层数为1-3层，所述石墨烯层采用CVD直接生长或采用物理转移方式移至所述衬底上。

在本发明的方法中，所述第二介质层材料与第一介质层材料不同。

在本发明的方法中，在各向异性地刻蚀所述第一介质层和所述石墨烯层，获得所需的石墨烯纳米带之后，去除所述掩模侧墙和剩余的所述第一介质层。

根据本发明的另一方面，本发明提供一种半导体器件，其包括根据本发明方法制造的石墨烯纳米带，其包括：

衬底，位于所述衬底内的阱区；

栅极和栅介质层；

所述栅介质层将所述石墨烯纳米带与所述栅极隔离；

与所述石墨烯纳米带接触的金属接触。

在本发明的器件中，所述器件为背栅结构或顶栅结构。

本发明的优点在于：基于侧墙的双重图形化的工艺利用传统晶体管中制作侧墙的工艺制作硬掩膜图形，具有工艺简单、线条宽度窄、边缘平滑、与CMOS工艺兼容等优点。同时，利用先进的淀积技术，可以将石墨烯制作成宽度10nm甚至5nm一下的边缘平滑的石墨烯纳米带，以产生足够的能隙以使石墨烯器件在室温下有足够的开关比。

附图说明

图1-6本发明的半导体器件制造方法流程及其结构示意图；

图7-8根据本发明制造的半导体器件示例。

具体实施方式