[发明专利]一种石墨烯FinFET晶体管及其制造方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯FinFET晶体管及其制造方法，通过利用金属衬底形成石墨烯Fin薄膜，并通过离子注入工艺对石墨烯Fin薄膜的能带进行调整，形成沟道和源极、漏极，然后分别沉积栅介质、栅电极等层次，再通过沉积和平坦化键合介质(第一介质)来键合另外一衬底，接着去除金属衬底，实现将石墨烯Fin薄膜转移到带有图形的衬底上面应用于鳍式场效应晶体管中作为沟道材料，从而提高了晶体管的电学性能。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，更具体地，涉及一种石墨烯FinFET晶体管及其制造方法。

背景技术

在寻求更高的器件密度、更高的性能以及更低的费用的过程中，随着集成电路工艺持续发展到纳米技术工艺节点，为了克服短沟道效应和提高单位面积的驱动电流密度，一些制造厂商已经开始考虑如何从平面CMOS晶体管向三维FinFET(鳍式场效应晶体管)器件结构的过渡问题。

FinFET器件是一种多栅MOS器件，这种结构由于具有更多的栅控面积，更窄的沟道耗尽区域而拥有非常突出的短沟道控制力和很高的驱动电流。与平面晶体管相比，FinFET器件比传统的MOS结构能更好地控制有源区中的载流子，提供更大的驱动电流，因而提高了器件性能。并且，FinFET器件由于改进了对沟道的控制，从而减小了短沟道效应。

研究表明，石墨烯材料是由单层石墨结构构成的，其具有极好的电学性能，尤其是其载流子迁移率要远高于普通的Si材料，其理论计算值大约高于Si材料载流子迁移率1-2个数量级，因此石墨烯在晶体管中的应用备受关注。

目前，高质量的石墨烯薄膜工艺，需要通过在金属衬底上进行高温成膜，或者通过碳离子注入后经高温处理才能形成。然而，该工艺方案与现有CMOS技术无法兼容。同时，现有的石墨烯薄膜转移工艺，又无法将石墨烯薄膜转移到带有图形的衬底上面。

因此，如何将石墨烯应用于鳍式场效应晶体管中作为沟道材料，实现3D器件，以提高晶体管的电学性能，是本领域技术人员亟待解决的技术问题之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种石墨烯FinFET晶体管及其制造方法，以石墨烯作为沟道材料，从而可提高晶体管的电学性能。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种石墨烯FinFET晶体管，包括：

石墨烯Fin薄膜，其形成条状的沟槽形沟道，其两端用于形成源极、漏极；

在石墨烯Fin薄膜外侧、沿其沟槽侧壁及底部形成的栅介质层；

在栅介质层外侧、沿其侧壁及底部形成的横跨石墨烯Fin薄膜沟道的栅电极。

优选地，所述石墨烯Fin薄膜及其外侧的栅介质层、栅电极一起嵌设于第一介质层的表面。

优选地，所述第一介质层表面覆盖有第二介质层，所述第二介质层将石墨烯Fin薄膜的沟槽填满。

优选地，所述第二介质层表面设有栅电极导电引出、源极导电引出及漏极导电引出。

优选地，所述第一介质层的下表面与一半导体衬底连接。

一种石墨烯FinFET晶体管的制造方法，包括以下步骤：

提供一金属衬底，所述金属衬底表面具有突起的牺牲Fin；

在金属衬底表面形成用作沟道材料的石墨烯薄膜，并形成覆盖牺牲Fin的石墨烯Fin薄膜；

在上述结构表面分别沉积栅介质材料、栅电极材料，并形成覆盖石墨烯Fin薄膜的栅介质层，以及横跨石墨烯Fin薄膜沟道的栅电极；

在上述结构表面沉积一高于栅电极的第一介质材料，并平坦化，形成第一介质层；