[发明专利]半导体器件制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造方法领域，特别地，涉及一种使用叠层方法自限制生长石墨烯纳米带的半导体器件制造方法。

背景技术

自第一个晶体管诞生以来，集成电路在一系列的创新性工作的推动下一直以惊人的速度发展。如今硅基集成电路的特征尺寸已经降到22nm，16、14nm节点技术也取得了很多进展。然而，如何继续以一个高速的发展模式推动集成电路发展已经成为一个不得不去思考的问题。近年来新材料、新工艺、新器件不断的涌现，尤其是新型材料得到了更加广泛的关注，何种材料能在后硅时代占领新的高地已经成为各国科学家研究的热点。

石墨烯作为一种二维的新型材料自2004年被制备出来以后就获得了广泛的关注，迅速成为了研究热点。其中，最引人注目的是把石墨烯作为沟道材料制作晶体管。由于石墨烯在室温下具有超高的载流子迁移率，因而石墨烯晶体管将具有更好的性能。然而，石墨烯本身不具有能隙，因此石墨烯晶体管不能有高的开关比，不能被用于需求高开关比的应用中。如何打开石墨烯的能隙提高石墨烯器件的开关比成为摆在众多石墨烯研究人员面前的一个难题。

目前，打开石墨烯能带的方法主要有三种：一、将石墨烯制作成纳米带；二、对石墨烯施加应力；三、在双层石墨烯中施加垂直电场。其中，第一种方法是最为方便也是受到最多研究的一种方法。然而如何制备可以打开足够能隙的石墨烯纳米带，对目前的工艺手段提出了更高的要求。

为了利用当前的工艺手段制备出石墨烯纳米带，各个研究机构都提出了一些有特色的办法，其中有：电子束曝光技术、化学方法的可向异性刻蚀、声化学方法、碳纳米管裁剪法、碳化硅基外延、有机合成、金属模板直接生长等。但是，这些方法中只有个别的可以提供大规模集成使用，但是却不能提供足够窄的纳米条带和足够平滑的边缘。

因此，需要提供一种新的制造方法，在现有集成电路工艺的基础上，大规模地提供所需求的石墨烯纳米条带器件。

发明内容

针对目前石墨烯纳米带制备存在的问题，例如纳米带宽度无法缩窄、边缘粗糙、无法大规模集成等，本发明提出了一种使用叠层方法自限制生长石墨烯纳米带器件的结构和制造工艺。

本发明提供一种半导体器件制造方法，其中，包括如下步骤：

提供衬底；

在所述衬底上形成由至少一个第一介质层和至少一个金属层交替堆叠形成的叠层；

采用各向异性刻蚀工艺，对所述叠层进行图案化，获得叠层堆垛结构，在所述叠层堆垛结构中，所述至少一个第一介质层和所述至少一个金属层具有暴露的侧面；

在所述至少一个金属层的暴露的侧面上生长石墨烯层；

全面沉积第二介质层，以填充各个所述叠层堆垛结构之间的空隙；

去除所述至少一个第一介质层和所述至少一个金属层，以使所述石墨烯层转移至所述第二介质层的侧面上。

在本发明的方法中，所述第一介质层的材料为二氧化硅、氮化硅或氧化铝，沉积工艺为CVD、PVD、ALD，厚度为10nm～20nm。

在本发明的方法中，所述金属层的材料为过渡金属。

在本发明的方法中，所述金属层的材料为Ni，Cu，Ru中的一种或多种。

在本发明的方法中，所述金属层的厚度依照所需石墨烯层的宽度来选择；所述金属层的厚度优选为1～5nm。

在本发明的方法中，所述叠层中所述金属层的数目为1-5层。

在本发明的方法中，在全面沉积第二介质层之后，采用CMP或干法回刻蚀工艺，去除部分所述第二介质层，以暴露出所述叠层堆垛结构的顶面。

在本发明的方法中，采用湿法腐蚀工艺去除所述至少一个第一介质层和所述至少一个金属层。

在本发明的方法中，所述第二介质层为不同于所述第一介质层的绝缘材料。

本发明的优点在于：利用多层介质层和金属层的叠层结构，自限制地在金属层侧面原位生长石墨烯纳米带，通过设定金属层的层数和厚度，可以获得宽度在5nm以内的高精度的石墨烯纳米带，并且可以高度控制石墨烯纳米带的宽度和均一性，具有吞吐量大、适于大规模集成的特点；同时，本发明获得的石墨烯纳米带的边缘粗糙度低，可用于制备三维的石墨烯器件而具有极高的集成度。

附图说明

图1-7本发明的半导体器件制造方法流程及其结构示意图；

具体实施方式