[发明专利]一种半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构的制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其制造方法。

背景技术

随着传统硅基晶体管的尺寸逐渐微型化到分子尺度，在纳米级的输运结方面已经进行了大量的研究工作，期望能够对单个或几个有机分子的电学性质进行表征。在纳米电子和分子电子学领域的最终目标是获得单分子或单原子晶体管。原则上，单分子尺度的晶体管器件能够克服半导体材料的低载流子浓度缺陷，而表现出很好的场效应晶体管性质。为实现这一终极目标，至关重要的是制备新材料、研制新型器件结构及为获得高载流子迁移率和高栅效率而进行的参数优化新方法。目前，石墨烯由于其独特的性质及维度，已被广泛用于先进CMOS器件的研究中，用作沟道层、源/漏区接触以及栅电极的接触材料。

六方氮化硼(h-BN)具有与石墨烯非常类似的层状结构，包括同样的层间距和面内六方晶格，甚至类似的强面内共价键与层间弱范德瓦尔斯力。尽管具有如此类似的结构，h-BN的性质却与石墨非常不同。h-BN具有非常好的力学特性，最突出的是其更强的热与化学稳定性，同时，h-BN还是一种非常有前景的绝缘材料，其禁带宽度为5.5eV。h-BN又被称为“白石墨烯”。

因此希望能将六方氮化硼(h-BN)的特性用于半导体器件中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体结构的制造方法，采用六方氮化硼(h-BN)作为场效应晶体管的栅介质，制作新型的纳米场效应器件。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：

a)提供半导体衬底，所述衬底上形成沟道层，所述沟道层为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯；

b)对所述沟道层进行图形化，形成各个场效应晶体管对应的沟道区；

c)在所述沟道层边缘处和衬底上形成源/漏区；

d)在所述沟道层上形成六方氮化硼构成的栅介质；

e)在所述栅介质上形成栅极。

相应地，本发明还提供了一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底、沟道层、源/漏区、栅介质和栅极，其中：

所述沟道层位于所述衬底之上，并在边缘处与所述源/漏区相接；

所述栅介质位于所述沟道层之上；

所述栅极位于所述栅介质之上；

所述栅介质的材料是六方氮化硼；以及

所述沟道层的材料为单原子层硅、双原子层硅或石墨烯。

其中，所述栅介质的材料是六方氮化硼(h-BN)，具有2～5个原子层的厚度。

可选地，所述衬底与所述沟道层之间存在覆盖衬底的绝缘层，沟道层通过所述绝缘层与衬底实现介质隔离。所述绝缘层的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅或其组合。

采用本发明提供的半导体结构及其制造方法，用h-BN替代氧化硅或高k介质作为场效应器件的栅介质层，尤其h-BN与单原子层/双原子层硅、石墨烯接触的界面非常理想，不会有类似Si-SiO₂界面的陷阱电荷、固定电荷等缺陷的问题，以h-BN做栅介质可以获得更好的器件性能，可以得到一种新型的纳米级场效应晶体管器件，可以在纳米级实现宏观场效应晶体管器件的所有功能，如高迁移率和高开关比，大大缩小了器件的尺寸。另一方面，h-BN的沉积刻蚀工艺可以与现有的硅基半导体加工工艺技术很好的兼容。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明的半导体结构的制造方法的具体实施方式的流程图；

图2至图6是根据图1示出的方法制造半导体结构过程中该半导体结构在各个制造阶段的剖视结构示意图；

附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施例作详细描述。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。