场效应晶体管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体工艺，具体是涉及一种石墨烯场效应晶体管及其制作方法。

背景技术：

1、石墨烯具有绝佳的电子特性，例如，石墨烯中的电子载流子表现出非常高的迁移率，因此有许多研究已将石墨烯应用于晶体管中，作为下世代的沟道层的材料。

2、然而，现有的石墨烯场效应晶体管的能隙(band gap)是无法调整的，此外，在制作石墨烯场效应晶体管的工艺中需用到催化剂，而去除催化剂时，容易造成石墨烯层的损伤。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种改良的石墨烯沟道晶体管及其制造方法，以解决现有技术的不足和缺点。

2、本发明一方面提供一种场效应晶体管，包含：衬底，其上具有晶体管形成区；绝缘层，位于所述衬底上；第一石墨烯层，位于所述晶体管形成区内的所述绝缘层上；蚀刻停止层，位于所述晶体管形成区域内的所述第一石墨烯层上；第一层间电介质层，位于所述蚀刻停止层上；栅极沟槽，凹入于所述晶体管形成区域内的所述第一层间电介质层和蚀刻停止层中；第二石墨烯层，位于所述栅极沟槽的内表面上；栅极电介质层，位于所述第二石墨烯层和所述第一层间电介质层上；以及栅极，位于所述栅极沟槽内的所述栅极电介质层上。

3、根据本发明实施例，所述第二石墨烯层在所述栅极沟槽内与所述第一石墨烯层直接接触。

4、根据本发明实施例，所述绝缘层包含氧化硅层。

5、根据本发明实施例，所述蚀刻停止层包含氮化硅层。

6、根据本发明实施例，所述场效应晶体管还包含：源极金属层，嵌入在所述栅极的一侧的所述第一层间电介质层和所述刻蚀停止层中；以及漏极金属层，嵌入在所述栅极的相对侧的所述第一层间电介质层和所述刻蚀停止层中，其中，所述源极金属层和所述漏极金属层直接接触所述第一石墨烯层。

7、根据本发明实施例，所述场效应晶体管还包含：第二层间电介质层，覆盖所述栅极电介质层、所述栅极、所述源极金属层和所述漏极金属层。

8、根据本发明实施例，所述场效应晶体管还包含：栅极接触，嵌入所述第二层间电介质层中并与所述栅极直接接触；源极接触，嵌入所述第二层间电介质层中，并与所述源极金属层直接接触；以及漏极接触，嵌入所述第二层间电介质层中并与所述漏极金属层直接接触。

9、根据本发明实施例，所述栅极电介质层与所述第二层间电介质层直接接触。

10、根据本发明实施例，所述栅极电介质层与所述第一层间电介质层直接接触。

11、根据本发明实施例，所述第一石墨烯层包含单层石墨烯，所述第二石墨烯层包含单层或双层石墨烯。

12、本发明另一方面提供一种制造场效应晶体管的方法，包含：提供其上具有晶体管形成区的衬底；在所述衬底上形成绝缘层；在所述晶体管形成区内的所述绝缘层上形成第一石墨烯层；在所述晶体管形成区域内的所述第一石墨烯层上形成蚀刻停止层；在所述蚀刻停止层上形成第一层间电介质层；在所述晶体管形成区域内形成凹入所述第一层间电介质层和所述蚀刻停止层的栅极沟槽；在所述栅极沟槽的内表面形成第二石墨烯层；在所述第二石墨烯层和所述第一层间电介质层上形成栅极电介质层；以及在所述栅极沟槽内的所述栅极电介质层上形成栅极。

13、根据本发明实施例，所述第二石墨烯层在所述栅极沟槽内与所述第一石墨烯层直接接触。

14、根据本发明实施例，所述绝缘层包含氧化硅层。

15、根据本发明实施例，所述蚀刻停止层包含氮化硅层。

16、根据本发明实施例，所述方法还包含：在所述栅极一侧的所述第一层间电介质层和所述刻蚀停止层中形成源极金属层；以及在所述栅极的相对侧的所述第一层间电介质层和所述蚀刻停止层中形成漏极金属层，其中，所述源极金属层和所述漏极金属层直接接触所述第一石墨烯层。

17、根据本发明实施例，所述方法还包含：形成覆盖所述栅极电介质层、所述栅极、所述源极金属层和所述漏极金属层的第二层间电介质层。

18、根据本发明实施例，所述方法还包含：在所述第二层间电介质层中形成栅极接触，其中，所述栅极接触与所述栅极直接接触；在所述第二层间电介质层中形成源极接触，其中，所述源极接触与所述源极金属层直接接触；以及在所述第二层间电介质层中形成漏极接触，其中，所述漏极接触与所述漏极金属层直接接触。

19、根据本发明实施例，所述栅极电介质层与所述第二层间电介质层直接接触。

20、根据本发明实施例，所述栅极电介质层与所述第一层间电介质层直接接触。

21、根据本发明实施例，所述第一石墨烯层包含单层石墨烯，所述第二石墨烯层包含单层或双层石墨烯。

技术特征：

1.一种场效应晶体管，包含：

2.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述第二石墨烯层在所述栅极沟槽内与所述第一石墨烯层直接接触。

3.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述绝缘层包含氧化硅层。

4.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述蚀刻停止层包含氮化硅层。

5.根据权利要求1所述的场效应晶体管，还包含：

6.根据权利要求5所述的场效应晶体管，还包含：

7.根据权利要求6所述的场效应晶体管，还包含：

8.根据权利要求6所述的场效应晶体管，其中，所述栅极电介质层与所述第二层间电介质层直接接触。

9.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述栅极电介质层与所述第一层间电介质层直接接触。

10.根据权利要求1所述的场效应晶体管，其中，所述第一石墨烯层包含单层石墨烯，所述第二石墨烯层包含单层或双层石墨烯。

11.一种制造场效应晶体管的方法，包含：

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第二石墨烯层在所述栅极沟槽内与所述第一石墨烯层直接接触。

13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述绝缘层包含氧化硅层。

14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述蚀刻停止层包含氮化硅层。

15.根据权利要求11所述的方法，还包含：

16.根据权利要求15所述的方法，还包含：

17.根据权利要求16所述的方法，还包含：

18.根据权利要求16所述的方法，其中，所述栅极电介质层与所述第二层间电介质层直接接触。

19.根据权利要求11所述的方法，其中，所述栅极电介质层与所述第一层间电介质层直接接触。

20.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第一石墨烯层包含单层石墨烯，所述第二石墨烯层包含单层或双层石墨烯。

技术总结
本发明公开一种场效应晶体管及其制作方法，其中该场效应晶体管包含：衬底，其上具有晶体管形成区；绝缘层，位于所述衬底上；第一石墨烯层，位于所述晶体管形成区内的所述绝缘层上；蚀刻停止层，位于所述晶体管形成区域内的所述第一石墨烯层上；第一层间电介质层，位于所述蚀刻停止层上；栅极沟槽，凹入于所述晶体管形成区域内的所述第一层间电介质层和蚀刻停止层中；第二石墨烯层，位于所述栅极沟槽的内表面上；栅极电介质层，位于所述第二石墨烯层和所述第一层间电介质层上；以及栅极，位于所述栅极沟槽内的所述栅极电介质层上。

技术研发人员：赖国智,周仕旻,何念葶,萧伟铭,陈立涵,余思瑶,邱崇益
受保护的技术使用者：联华电子股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/6