[发明专利]一种半导体器件及其制作方法

说明书

本发明涉及一种半导体器件及其制作方法，根据本发明的方法制作“Pseudo‑Spin”耦合石墨烯场效应晶体管，这将在制作硅CMOS器件技术中提供较小尺寸的MOSFET，石墨烯与其他的半导体材料相比具有意想不到的优势，例如，超高迁移率、双极型导体和超灵活性等。根据本发明制作的“Pseudo‑Spin”耦合石墨烯场效应晶体管与现有制作的垂直“Pseudo‑Spin”场效应晶体管相比更容易制作和性能更优良。并且该“Pseudo‑Spin”耦合石墨烯场效应晶体管能够和硅CMOS工艺兼容。

技术领域

本发明涉及半导体制造工艺，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制作方法。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，集成电路性能的提高主要是通过不断缩小集成电路器件的尺寸以提高它的速度来实现的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半导体工业已经进步到纳米技术工艺节点，含有硅材料的CMOS半导体器件的不断缩小，硅材料在较小尺寸器件的制备收到各种物理极限和化学特征的限制，在半导体技术中提出了新型材料和新型器件以满足器件缩小的要求。

石墨烯场效应(Graphene field-effect)器件在室温条件下场效应迁移率接近1000cm²/Vs，由于石墨烯的线性带结构使其具有显著的物理传输性能，这将制作新型的器件以超过CMOS逻辑器件，例如“Pseudo-Spin(自旋)”器件。

现有技术中的“Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管为一种垂直结构的MOSFET，如1图所示。所述Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管100包括顶部电极101和底部电极102，并且源漏区类似于电极接触(electrodecontacts)，分别位于垂直结构的顶部和底部。该器件结构将面临着巨大的挑战，很难采用传统的硅工艺实现该器件结构的制作。

因此，需要一种新的制作“Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管的方法，以解决现有技术中的问题。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了有效解决上述问题，本发明提出了一种半导体器件的制作方法，包括：提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成N型石墨烯层；图案化所述N型石墨烯层，以露出部分的所述第一电介质层；在露出的所述第一电介质层和所述N型石墨烯层上形成第二电介质层；图案化所述第二电介质层，以露出部分的所述N型石墨烯层，完全覆盖露出的所述第一电介质层；在图案化的所述第二电介质层上形成P型石墨烯层；图案化所述P型石墨烯层，以露出部分的位于所述N型石墨烯层上方的所述第二电介质层；在所述半导体衬底上形成第三电介质层；图案化所述第三电介质层，以露出部分的所述N型石墨烯层和所述P型石墨烯层。

优选地，还包括在图案化所述第三电介质层之后在露出的所述N型石墨烯层上形成N型金属接触层和在露出的所述P型石墨烯层上形成P型金属接触层的步骤。

优选地，还包括在形成所述N型金属接触层和所述P型金属接触层之后执行平坦化工艺以露出所述第三电介质层的步骤。

优选地，还包括在执行所述平坦化步骤之后在所述第三电介质层上形成金属栅极的步骤。

优选地，所述N型石墨烯层和所述P型石墨烯层为单层石墨烯结构。

优选地，所述第三电介质层和所述第二电介质层的材料相同。