一种半导体器件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造工艺，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制作方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的不断发展，集成电路性能的提高主要是通过不断缩小集成电路器件的尺寸以提高它的速度来实现的。目前，由于在追求高器件密度、高性能和低成本中半导体工业已经进步到纳米技术工艺节点，含有硅材料的CMOS半导体器件的不断缩小，硅材料在较小尺寸器件的制备收到各种物理极限和化学特征的限制，在半导体技术中提出了新型材料和新型器件以满足器件缩小的要求。
[0003]石墨烯场效应(Graphene field-effect)器件在室温条件下场效应迁移率接近lOOOcmVVs，由于石墨烯的线性带结构使其具有显著的物理传输性能，这将制作新型的器件以超过CMOS逻辑器件，例如“Pseudo-Spin (自旋)”器件。
[0004]现有技术中的“Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管为一种垂直结构的MOSFETjnI图所示。所述Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管100包括顶部电极101和底部电极102,并且源漏区类似于电极接触(electrode contacts),分别位于垂直结构的顶部和底部。该器件结构将面临着巨大的挑战，很难采用传统的硅工艺实现该器件结构的制作。
[0005]因此，需要一种新的制作“Pseudo-Spin”石墨烯场效应晶体管的方法，以解决现有技术中的问题。
【发明内容】
[0006]在
【发明内容】
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在【具体实施方式】部分中进一步详细说明。本发明的
【发明内容】
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
[0007]为了有效解决上述问题，本发明提出了一种半导体器件的制作方法，包括:提供半导体衬底；在所述半导体衬底上形成第一电介质层；在所述第一电介质层上形成N型石墨烯层；图案化所述N型石墨烯层，以露出部分的所述第一电介质层；在露出的所述第一电介质层和所述N型石墨烯层上形成第二电介质层；图案化所述第二电介质层，以露出部分的所述N型石墨烯层，完全覆盖露出的所述第一电介质层；在图案化的所述第二电介质层上形成P型石墨烯层；图案化所述P型石墨烯层，以露出部分的位于所述N型石墨烯层上方的所述第二电介质层；在所述半导体衬底上形成第三电介质层；图案化所述第三电介质层，以露出部分的所述N型石墨烯层和所述P型石墨烯层。
[0008]优选地，还包括在图案化所述第三电介质层之后在露出的所述N型石墨烯层上形成N型金属接触层和在露出的所述P型石墨烯层上形成P型金属接触层的步骤。
[0009]优选地，还包括在形成所述N型金属接触层和所述P型金属接触层之后执行平坦化工艺以露出所述第三电介质层的步骤。
[0010]优选地，还包括在执行所述平坦化步骤之后在所述第三电介质层上形成金属栅极的步骤。
[0011]优选地，所述N型石墨烯层和所述P型石墨烯层为单层石墨烯结构。
[0012]优选地，所述第三电介质层和所述第二电介质层的材料相同，所述第一电介质层和所述第二电介质层的材料性能相近。
[0013]本发明还提出了一种半导体器件，包括:半导体衬底；位于所述半导体衬底上的第一电介质层；位于所述第一电介质层上的N型石墨烯层；位于所述N型石墨烯层和所述第一电介质层上的第二电介质层；位于所述第二电介质层上的P型石墨烯层；位于所述第二电介质层和所述P型石墨烯层上的第三电介质层；位于所述N型石墨烯层上的N型金属接触层，位于所述P型石墨烯层上的P型金属接触层；位于所述第三电介质层上的金属栅极
[0014]优选地，所述第三电介质层、所述N型金属接触层和所述P型石墨烯层的顶部齐平。
[0015]优选地，所述N型石墨烯层和所述P型石墨烯层为单层石墨烯结构。
[0016]优选地，所述第三电介质层和所述第二电介质层的材料相同，所述第一电介质层和所述第二电介质层的材料性能相近。
[0017]优选地，所述器件为具有自旋耦合的平面石墨烯场效应晶体管。
[0018]本发明提出了一种“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管，这将在制作硅CMOS器件技术中提供较小尺寸的M0SFET，石墨烯与其他的半导体材料相比具有意想不到的优势，例如，超高迁移率、双极型导体和超灵活性等。根据本发明制作的“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管与现有制作的垂直“Pseudo-Spin”场效应晶体管相比更容易制作和性能更优良。并且该“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管能够和硅CMOS工艺兼容。
【附图说明】
[0019]本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。在附图中，
[0020]图1为根据现有技术制作的垂直“Pseudo-Spin”场效应晶体管结构的剖视图；
[0021]图2为根据本发明一个实施方式制作“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管结构的剖视图；
[0022]图3为根据本发明一个实施方式制作“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管的原理图；
[0023]图4A-4H为根据本发明一个实施方式制作“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管的相关步骤所获得的器件的剖视图；
[0024]图5为根据本发明一个实施方式制作“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0025]在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明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，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
[0026]为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述，以说明本发明的制作方法和器件结构。显然，本发明的施行并不限于半导体领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
[0027]应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本发明的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。
[0028]现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的元件，因而将省略对它们的描述。
[0029]为了解决现有技术中的问题，本发明提出了一种“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管。下面结合图2、图3、图4A-4H和图5对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0030]如图2所示，为根据现有技术制作的“Pseudo-Spin”耦合石墨烯场效应晶体管结构的剖视图，包括衬底200、两个单层石墨烯201、202，两层电介质层203、204、接触金属205、206、207。电介质层203和电介质层204的性能接近。采用层(顶部和底部)自由度作为“Pseudo-Spin”来说明这个系统结构的物理性质,例如在铁磁物质(ferromagnet)中旋转(上和下)。
[0031]在半导体衬底200上形成有电介质层203，所述电介质层203完全覆盖半导体衬底200，在电介质层203上形成有单层石墨