[发明专利]一种半导体结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体结构的制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其制造方法。

背景技术

在MOS晶体管中，由于源/漏和栅极的接触电阻等寄生电阻参数不能随着MOS器件的缩小而缩小，这使得寄生电阻在总的电阻中占有很大的比例，并将严重影响器件的输出特性和频率特性，因而，减小源、漏和栅极的接触电阻对于提高MOS器件的性能非常重要。为此，传统CMOS工艺中在源、漏和栅极上形成金属硅化物，减小其与金属互连线间的接触电阻，然而随着MOS器件进一步缩小，这种方法对接触电阻的改善作用将会越来越不明显。

为了减小源漏延伸区的寄生电阻，传统CMOS工艺中对其进行调整注入，提高掺杂浓度。然而，高掺杂的源漏延伸区会向栅极下方的沟道区横向扩散，导致沟道退化，并使得栅-源、栅-漏覆盖电容Cov增大，Miler效应增加，导致器件性能退化。

石墨烯自从被发现以来，即已成为世界各国研究小组的研究热点，它是一种由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状结构的碳质新材料。石墨烯的室温本征电子迁移率可达200000cm²/Vs，是Si（约1450cm²/Vs）的140倍，GaAs（约8500cm²/Vs）的20倍、GaN（约2000cm²/Vs）的100倍。因此，石墨烯具有高载流能力，是目前已知导电性能最出色的材料。此外，石墨烯具有二维特性，可与传统的半导体器件兼容，石墨烯的制作工艺也与现有的CMOS制造工艺相兼容。石墨烯的这些优异电学性能，使其在超高频乃至太赫兹电子器件、超级计算机等领域具有巨大的应用价值，被认为是下一代集成电路中有望延续摩尔定律的重要材料。

目前，石墨烯已被广泛用于先进CMOS器件的研究中，用作沟道层、源/漏区接触以及栅电极的接触材料。为了充分地利用石墨烯低电阻率、高载流子迁移率等特点，必须在石墨烯与互连金属之间形成良好的电学接触。最新的研究成果显示，在钌等金属表面上可以制备出非常平整的理想的石墨烯单层，底层石墨烯会与钌产生强烈的交互作用，其中的碳-钌键是金属键而非共价键，因而石墨烯-钌会形成非常好的金属接触，而不是半导体接触。其他稀有金属如铂、铱、铼等也可以与石墨烯形成非常好的金属接触。通过金属-石墨烯再与互连金属接触，可以进一步减小接触电阻，提高场效应器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体结构的制造方法，在制造半导体结构的过程中可减少源、漏区的接触电阻，同时不会导致短沟效应、栅覆盖电容增大等器件性能退化的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体结构的制造方法，其特征在于，该方法包括：

a）提供衬底，在所述衬底中形成浅沟槽隔离结构以及有源区；

b）在所述衬底之上形成金属-石墨烯层；

c）在所述金属-石墨烯层上形成伪栅、侧墙、源/漏区以及层间介质层；

d）去除所述伪栅以及所述伪栅下面的金属-石墨烯层；

e）在所述伪栅的位置形成栅极堆叠，所述栅极堆叠包括栅介质层和栅电极；

f）通过刻蚀所述层间介质层形成到达所述金属-石墨烯层的接触孔，以导电材料填充所述接触孔，并进行平坦化。

相应地，本发明提供的一种半导体结构，其特征在于，该半导体结构包括衬底、金属-石墨烯层、栅极堆叠、侧墙、层间介质层和接触孔，其中：

所述浅沟槽隔离结构、源/漏区位于所述衬底中；

所述栅极堆叠形成在所述衬底之上；

所述栅极堆叠包括栅介质层和栅电极；

所述侧墙形成在所述栅极堆叠的侧壁上；

所述金属-石墨烯层位于所述源/漏区之上，并且其中一部分金属-石墨烯层位于所述侧墙和所述接触孔的下面；

所述层间介质层覆盖所述源/漏区和所述栅极堆叠；

所述接触孔嵌于所述层间介质层中，接触孔的下端与所述金属-石墨烯层相接。

采用本发明提供的半导体结构及其制造方法，通过在源/漏区上形成金属-石墨烯层，减小石墨烯与互连金属之间的接触电阻，即减小了源/漏区的接触电阻，提高了场效应器件的性能。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据本发明的半导体结构的制造方法的具体实施方式的流程图；

图2a至图2f是根据图1示出的方法制造半导体结构过程中该半导体结构在各个制造阶段的剖视结构示意图；