[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

本发明公开了一种半导体装置及其制造方法，涉及半导体工艺技术领域。该方法包括：形成生长衬底，形成生长衬底包括：提供衬底结构，衬底结构包括牺牲衬底和在牺牲衬底上的第一电介质层，衬底结构中形成有贯穿第一电介质层的多个凹陷，并且凹陷的底部和部分侧壁位于牺牲衬底中，在凹陷的底部和部分侧壁上形成垫层，选择性地在所述垫层上生长石墨烯层，以及在凹陷中填充第二电介质层；以第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将生长衬底附接到接合衬底之上；去除牺牲衬底；去除垫层，从而露出石墨烯层。本发明采用在垫层上选择性生长石墨烯的方式，避免了现有技术中图案化工艺对石墨烯的影响。

技术领域

本发明涉及半导体工艺技术领域，尤其涉及半导体装置及其制造方法，更具体地，涉及石墨烯半导体装置及其制造方法。

背景技术

石墨烯是一种以碳原子构成的二维材料，具有零禁带宽度和高载流子迁移率的特点。在2004年被发现以来，石墨烯被期待可用来发展更薄、导电速度更快的新一代电子元件或晶体管。

现有的图案化石墨烯的方法，主要包括光刻法和激光直写法。激光直写法虽然在图案化石墨烯的过程中不会引入其它试剂，但是该方法得到的图案化的石墨烯层存在不够精细、生产周期长的缺点。而光刻法在刻蚀中会引入其它试剂，其使用的显影液、剥离液会带来增加得到的图案化的石墨烯方阻等问题。

因此，如何制造具有图案化的石墨烯层的器件，是目前半导体工艺中的挑战之一。

发明内容

本发明的发明人发现了上述现有技术中存在问题，并针对上述问题中的至少一个问题提出了本发明。

根据本发明的一个方面，提供一种半导体装置的制造方法，包括：形成生长衬底，形成生长衬底包括：提供衬底结构，衬底结构包括牺牲衬底和在牺牲衬底上的第一电介质层，衬底结构中形成有多个凹陷，凹陷贯穿第一电介质层，并且凹陷的底部和部分侧壁位于牺牲衬底中，在凹陷的底部和部分侧壁上形成垫层，选择性地在垫层上生长石墨烯层，以及在凹陷中填充第二电介质层；以第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将生长衬底附接到接合衬底之上；去除牺牲衬底；去除垫层，从而露出石墨烯层。

在一个实施例中，形成生长衬底还包括：在填充第二电介质层之后，进行平坦化，以使得第二电介质层的顶部与第一电介质层的顶部基本齐平。

在一个实施例中，在凹陷的底部和部分侧壁上形成垫层包括：利用外延生长工艺，在凹陷的底部和部分侧壁生长垫层。

根据本发明的另一个方面，提供了半导体装置的另一种制造方法，包括：提供生长衬底，生长衬底包括：牺牲衬底和在牺牲衬底上的第一电介质层，牺牲衬底中形成有多个凹陷，凹陷贯穿第一电介质层，并且凹陷的底部和部分侧壁位于牺牲衬底中，以及在凹陷的底部和部分侧壁上的垫层；选择性地在垫层上生长石墨烯层；在凹陷中填充第二电介质层；以第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将生长衬底附接到接合衬底之上；去除牺牲衬底；以及去除垫层，从而露出石墨烯层。

在一个实施例中，填充第二电介质层包括：利用原子层沉积工艺或物理气相沉积工艺在凹陷中填充第二电介质层。

在一个实施例中，第二电介质层的材料包括：不导电的硼的氮化物，或硅的氧化物。

在一个实施例中，生长石墨烯层包括：利用甲烷和氢气，选择性地在垫层上生长石墨烯层。

在一个实施例中，牺牲衬底的材料包括硅。

在一个实施例中，其中去除牺牲衬底是通过湿法工艺利用蚀刻剂进行的。

在一个实施例中，蚀刻剂包括四甲基氢氧化铵。

在一个实施例中，垫层的材料包括锗硅。

在一个实施例中，去除垫层包括：利用氢氧化铵和盐酸的混合液，去除垫层。