[发明专利]一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法

说明书

本发明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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(Beyond Silicon)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。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明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。