一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法，所述制作方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成石墨烯层；对所述石墨烯层的NMOS区域进行N型离子注入以形成N型石墨烯沟道层；对所述石墨烯层的PMOS区域进行P型离子注入以形成P型石墨烯沟道层；使用原子层刻蚀法移除所述N型石墨烯沟道层中的部分石墨烯层，以形成具有第一厚度的N型石墨烯沟道层和具有第二厚度的P型石墨烯沟道层，所述第一厚度小于所述第二厚度。根据本发明专利技术提出的石墨烯场效应晶体管的制作方法，可控制导电沟道中石墨烯层的厚度，从而平衡N型和P型石墨烯沟道层的载流子迁移率。

A graphene field effect transistor and its manufacturing method

The invention provides a graphene field-effect transistor and manufacturing method thereof, comprising the production method: providing a semiconductor substrate, forming a graphene layer on the semiconductor substrate; NMOS region of the graphene layer N type ion implantation to form N graphene channel layer on the PMOS region; graphene layer P type ion implantation to form P graphene channel layer; using graphene layer atomic layer etching method to remove the N graphene channel layer, to form a N graphene channel layer of a first thickness and a thickness of second P graphene channel the first layer, the thickness is less than the thickness of second. According to the manufacturing method of the graphene field-effect transistor proposed by the invention, the thickness of graphene layer in the conductive channel can be controlled, so that the carrier mobility of N and P graphene channel layers can be balanced.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造工艺，具体而言涉及一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法。
技术介绍
随着摩尔(Moore)定律的不断延展与纵深，使得硅基集成电路的器件尺寸离物理极限越来越近，国际半导体工艺界纷纷提出超越硅(BeyondSilicon)技术，其中具有较大开发潜力的石墨烯应运而生。石墨烯(Graphene)是一种单层蜂窝晶体点阵上的碳原子组成的二维晶体，单层石墨烯的厚度约为0.35纳米，十层以下的石墨均被看作为石墨烯。石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有超导电学性质。石墨烯的理论载流子迁移率可以高达2×105cm2/Vs，是目前硅材料载流子迁移率的10倍左右，并具有常温量子霍尔效应等物理性质，因此，石墨烯被认为有可能取代硅成为新一代的主流半导体材料。石墨烯场效应晶体管是利用石墨烯的半导体特性来制成的晶体管。其中，石墨烯用于形成导电沟道，通过控制栅端电压，其可以调制沟道的电流大小，也即调制源极和漏极之间的电流大小。实际应用中，由于衬底和沉积在石墨烯上的栅介质层等的影响，N型和P型石墨烯沟道层的载流子迁移率存在差异，这会对器件的性能产生不利影响。因此，需要提出一种方法，以解决上述问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成石墨烯层；对所述石墨烯层的NMOS区域进行N型离子注入以形成N型石墨烯沟道层；对所述石墨烯层的PMOS区域进行P型离子注入以形成P型石墨烯沟道层；使用原子层刻蚀法移除所述N型石墨烯沟道层中的部分石墨烯层，以形成具有第一厚度的N型石墨烯沟道层和具有第二厚度的P型石墨烯沟道层，所述第一厚度小于所述第二厚度。示例性地，还包括在所述N型石墨烯沟道层和所述P型石墨烯沟道层上形成栅极结构的步骤。示例性地，还包括以所述栅极结构为掩膜刻蚀去除露出的所述石墨烯层，定义导电沟道的步骤。示例性地，还包括在所述石墨烯沟道层露出的侧面上形成源极及漏极的步骤。示例性地，所述栅极结构包括栅介质层，栅电极层和栅极侧墙。示例性地，所述栅极结构为多晶硅栅+氧化物介质层栅极结构或高K金属栅极结构。示例性地，所述半导体衬底与所述石墨烯层之间还形成有SiC层。示例性地，所述石墨烯层外延形成于所述SiC层上。示例性地，所述原子层刻蚀法包括：在石墨烯层的N型石墨烯沟道层上沉积金属层的步骤；以及溶解所述金属层，同时去除其下方的部分石墨烯层的步骤。示例性地，所述金属层的沉积方法为溅射法。示例性地，所述金属层为锌层或铝层。示例性地，溶解所述金属层所用的溶液为可与该金属层反应并产生气体的酸溶液或碱溶液。示例性地，所述溶液包括HCl溶液。示例性地，多次重复进行所述使用原子层刻蚀法移除N型石墨烯沟道层中的石墨烯层的步骤，以得到具有目标厚度的石墨烯层。本专利技术还提供一种石墨烯场效应晶体管，其特征在于，包括：半导体衬底；位于所述半导体衬底上的N型石墨烯沟道层及P型石墨烯沟道层，所述N型石墨烯沟道层的厚度小于所述P型石墨烯沟道层的厚度。示例性地，所述石墨烯场效应晶体管还包括位于所述N型石墨烯沟道层和所述P型石墨烯沟道层上的栅极结构。示例性地，所述栅极结构包括栅介质层，栅电极层和栅极侧墙。示例性地，所述栅极结构为多晶硅栅+氧化物介质层栅极结构或高K金属栅极结构。示例性地，所述石墨烯场效应晶体管还包括位于所述N型石墨烯沟道层露出的侧面上的源极、漏极，以及位于所述P型石墨烯沟道层露出的侧面上的源极、漏极。示例性地，所述半导体衬底与所述石墨烯层之间还形成有SiC层。根据本专利技术提出的石墨烯场效应晶体管的制作方法，可控制导电沟道中石墨烯层的厚度，从而平衡N型和P型石墨烯沟道层的载流子迁移率。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1为根据本专利技术的方法依次实施的步骤的流程图。图2A-图2L为根据本专利技术的方法依次实施的步骤所分别获得的器件的示意性剖面图；具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本专利技术教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本专利技术的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。石墨烯因其优异的载流子传输特性而被应用于形成场效应晶体管的导电沟道。但在实际应用中，由于衬底和沉积在石墨烯上的栅介质层等的影响，N型和P型石墨烯沟道层的载流子迁移率存在差异，这会对器件的性能产生不利影响。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种石墨烯场效应晶体管的制作方法，所述方法包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成石墨烯层；对所述石墨烯层的NMOS区域进行N型离子注入以形成N型石墨烯沟道层；对所述石墨烯层的PMOS区域进行P型离子注入以形成P型石墨烯沟道层；使用原子层刻蚀法移除所述N型石墨烯沟道层中的部分石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯场效应晶体管的制造方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成石墨烯层；对所述石墨烯层的NMOS区域进行N型离子注入以形成N型石墨烯沟道层；对所述石墨烯层的PMOS区域进行P型离子注入以形成P型石墨烯沟道层；使用原子层刻蚀法移除所述N型石墨烯沟道层中的部分石墨烯层，以形成具有第一厚度的N型石墨烯沟道层和具有第二厚度的P型石墨烯沟道层，所述第一厚度小于所述第二厚度。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯场效应晶体管的制造方法，其特征在于，包括：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成石墨烯层；对所述石墨烯层的NMOS区域进行N型离子注入以形成N型石墨烯沟道层；对所述石墨烯层的PMOS区域进行P型离子注入以形成P型石墨烯沟道层；使用原子层刻蚀法移除所述N型石墨烯沟道层中的部分石墨烯层，以形成具有第一厚度的N型石墨烯沟道层和具有第二厚度的P型石墨烯沟道层，所述第一厚度小于所述第二厚度。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括在所述N型石墨烯沟道层和所述P型石墨烯沟道层上形成栅极结构的步骤。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以所述栅极结构为掩膜刻蚀去除露出的所述石墨烯层，定义导电沟道的步骤。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括在所述石墨烯沟道层露出的侧面上形成源极及漏极的步骤。5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述栅极结构包括栅介质层，栅电极层和栅极侧墙。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述栅极结构为多晶硅栅+氧化物介质层栅极结构或高K金属栅极结构。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半导体衬底与所述石墨烯层之间还形成有SiC层。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述石墨烯层外延形成于所述SiC层上。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述原子层刻蚀法包括：在石墨烯层的N型石墨烯沟道层上沉积金属层的步骤；以及溶解所述金属层，同时去除其下方的部分石墨烯层的步骤。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈卓凡，张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11