半导体装置及其制造方法制造方法及图纸

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置及其制造方法
本专利技术涉及半导体工艺
，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术的专利技术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专利技术。根据本专利技术的一个方面，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。根据本专利技术的另一个方面，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。在一个实施例中，上述方法还包括：形成第三电介质层以至少包覆所露出的石墨烯层。在一个实施例中，第三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，还包括：在第三电介质层上形成栅极。在一个实施例中，其中：凹陷为细长沟槽的形式，其中填充在凹陷中的第二电介质层被形成为鳍片，露出的石墨烯层包覆第二电介质层的鳍片的顶部和至少上部侧壁，石墨烯层和第二电介质层构成鳍片式结构。在一个实施例中，方法还包括：形成第三电介质层以至少包覆所露出的石墨烯层；以及在第三电介质层上形成栅极。在一个实施例中，第一电介质层由其上不能选择性地生长石墨烯的电介质材料形成。根据本专利技术的又一方面，提供了一种半导体装置，包括：衬底，衬底之上的鳍片式结构，包覆鳍片式结构顶部和至少上部侧壁的石墨烯层。在一个实施例中，还包括：在衬底之上的、在各鳍片式结构之间的第一电介质层。在一个实施例中，石墨烯层在第一电介质层的上方。在一个实施例中，其中鳍片式结构由第二电介质材料形成。在一个实施例中，其中鳍片式结构包括由绝缘材料形成的表面层。在一个实施例中，其中第二电介质材料是硅的氧化物。在一个实施例中，第一电介质层由其上不能选择性地生长石墨烯的电介质材料形成。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，衬底层的材料包括硅。在一个实施例中，还包括：包覆石墨烯层的第三电介质层。在一个实施例中，第三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，还包括：包覆鳍片结构的部分顶部和部分侧壁的栅极。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其他特征及其优点将会变得清楚。附图说明构成说明书的一部分的附图描述了本专利技术的实施例，并且连同说明书一起用于解释本专利技术的原理。参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本专利技术，其中：图1为根据本专利技术一个实施例的半导体装置的制造方法的示意流程图。图2-图11示意性地示出了根据本专利技术一个实施例的半导体装置的制造过程若干阶段的剖面示意图。图12示意性地示出了根据本专利技术一个实施例的半导体装置的立体示意图。图13示意性地示出了根据本专利技术另一个实施例的半导体装置的剖面示意图。图14示意性地示出了根据本专利技术另一个实施例的半导体装置的立体示意图。具体实施方式现在将参照附图来详细描述本专利技术的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本专利技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本专利技术及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。图1为根据本专利技术一个实施例的半导体装置的制造方法的示意流程图。图2-图11示意性地示出了根据本专利技术一个实施例的半导体装置的制造过程若干阶段的剖面示意图。图12示意性地示出了根据本专利技术一个实施例的半导体装置的立体示意图。图13和图14示意性地示出了根据本专利技术另一个实施例的半导体装置的剖面和立体示意图。下面将结合图1、图2-图12和图13-图14来进行说明本专利技术的实施例。如图1所示，在步骤101，形成生长衬底。首先，提供衬底结构，如图2所示，该衬底结构可以包括牺牲衬底200和在牺牲衬底200上的第一电介质层202。衬底结构中形成有多个凹陷203，凹陷203可以贯穿第一电介质层202，并且凹陷203的底部和部分侧壁可以位于牺牲衬底200中。牺牲衬底200的材料可以包括硅等半导体材料。在一种实现方式中，第一电介质层202的材料由其上不能选择性地生长石墨烯的电介质材料(避免在之后的选择性生长石墨烯层的步骤中在其上生长石墨烯，见步骤105)，例如硅的氧化物等材料形成。应理解，可以利用本领域中已知的方法、工艺步骤、材料等来形成本专利技术的衬底结构，因此，在此不再就形成该衬底结构的工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：形成生长衬底，所述形成生长衬底包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括牺牲衬底和在所述牺牲衬底上的第一电介质层，所述衬底结构中形成有多个凹陷，所述凹陷贯穿所述第一电介质层，并且所述凹陷的底部和部分侧壁位于所述牺牲衬底中，在所述凹陷的所述底部和所述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，以及在所述凹陷中填充第二电介质层；以所述第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将所述生长衬底附接到接合衬底之上；去除所述牺牲衬底；去除所述垫层，从而露出所述石墨烯层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：形成生长衬底，所述形成生长衬底包括：提供衬底结构，所述衬底结构包括牺牲衬底和在所述牺牲衬底上的第一电介质层，所述衬底结构中形成有多个凹陷，所述凹陷贯穿所述第一电介质层，并且所述凹陷的底部和部分侧壁位于所述牺牲衬底中，在所述凹陷的所述底部和所述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，以及在所述凹陷中填充第二电介质层；以所述第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将所述生长衬底附接到接合衬底之上；去除所述牺牲衬底；去除所述垫层，从而露出所述石墨烯层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述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，以使得所述第二电介质层的顶部与所述第一电介质层的顶部基本齐平。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述凹陷的所述底部和所述部分侧壁上形成垫层包括：利用外延生长工艺，在所述凹陷的所述底部和所述部分侧壁生长垫层。4.一种半导体装置的制造方法，其特征在于，包括：提供生长衬底，所述生长衬底包括：牺牲衬底和在所述牺牲衬底上的第一电介质层，所述牺牲衬底中形成有多个凹陷，所述凹陷贯穿所述第一电介质层，并且所述凹陷的底部和部分侧壁位于所述牺牲衬底中，以及在所述凹陷的所述底部和所述部分侧壁上的垫层；选择性地在所述垫层上生长石墨烯层；在所述凹陷中填充第二电介质层；以所述第二电介质层的顶部面对接合衬底的方式，将所述生长衬底附接到接合衬底之上；去除所述牺牲衬底；以及去除所述垫层，从而露出所述石墨烯层。5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，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所述凹陷中填充所述第二电介质层。6.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述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。7.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述生长石墨烯层包括：利用甲烷和氢气，选择性地在所述垫层上生长石墨烯层。8.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述牺牲衬底的材料包括硅。9.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，其中去除所述牺牲衬底是通过湿法工艺利用蚀刻剂进行的。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述蚀刻剂包括四甲基氢氧化铵。11.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述垫层的材料包括锗硅。12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，去除所述垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：周鸣，
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