專利名稱：一種半導(dǎo)體器件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造工藝，具體而言涉及一種形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法。
背景技術(shù)：
隨著溝道尺寸的不斷縮小，將鰭式場效應(yīng)晶體管(FinFet)作為22nm及以下節(jié)點的半導(dǎo)體制造工藝首選制造的半導(dǎo)體器件日益得到半導(dǎo)體制造廠商的認同，因其可以更好地適應(yīng)器件尺寸按比例縮小的要求?，F(xiàn)有技術(shù)通常采用以下工藝步驟形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道:首先，在硅基體上形成一掩埋氧化物層以制作絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)；接著，在所述絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)上形成一硅層，所述硅層可以是單晶硅或多晶硅；然后，圖形化所述硅層，并蝕刻經(jīng)圖形化的所述硅層以形成所述鰭(Fin)形溝道。接下來，可以在所述鰭(Fin)形溝道的兩側(cè)形成柵極，并在所述鰭(Fin)形溝道的兩端形成鍺硅應(yīng)力層。有研究表明，石墨烯具有極好的電學性能，例如很高的電子遷移率、在室溫下即具備的量子霍爾效應(yīng)、具有大于0.4微米長的高速傳輸通道等等。然而，將石墨烯形成在硅基體上是非常困難的，這是因為采用傳統(tǒng)的化學氣相沉積工藝很難控制形成在硅基體上的石墨烯的層數(shù)，而具有多層結(jié)構(gòu)的石墨烯難以體現(xiàn)以上提及的優(yōu)秀的電學性能。因此，需要提出一種方法，以在硅基體上形成具有單層結(jié)構(gòu)的石墨烯，從而通過石墨烯來提高FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的電學性能。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括:提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一介電層，并蝕刻所述介電層以使所述介電層呈鰭形；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一犧牲層，以覆蓋所述呈鰭形的介電層；蝕刻所述犧牲層，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一側(cè)壁體；對所述側(cè)壁體進行氫氣退火，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一金屬層；在所述金屬層上形成一石墨烯層以覆蓋所述金屬層；對所述金屬層實施脫濕及蒸發(fā)處理，以實現(xiàn)所述石墨烯層和所述金屬層之間的剝離。進一步，采用化學氣相沉積工藝或旋涂工藝形成所述介電層。進一步，所述介電層的材料包括氧化物、氮化硅、具有低k值的材料或具有多孔結(jié)構(gòu)的材料。進一步，采用化學氣相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述犧牲層。進一步，所述犧牲層的材料為氮化銅。 進一步，采用干法蝕刻工藝蝕刻所述犧牲層。進一步，所述側(cè)壁體的厚度為500_600nm。進一步，采用氫氣退火工藝去除所述氮化銅中的氮元素，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成所述金屬層。
進一步，所述氫氣退火工藝為快速熱退火工藝。進一步，所述氫氣退火工藝采用的主氣體為氫氣，其中含有5-20%的氮氣。進一步，所述氫氣退火工藝的溫度為150_300°C。進一步，所述氫氣退火工藝的壓力為1-lOTorr。進一步，所述氫氣退火工藝的時間為5_120min。進一步，采用化學氣相沉積工藝形成所述石墨烯層。進一步，所述石墨烯層為單層結(jié)構(gòu)。進一步，所述脫濕及蒸發(fā)處理的溫度高于1000°C。進一步，所述脫濕及蒸發(fā)處理的持續(xù)時間為5_7h。進一步，所述呈鰭形的介電層在所述半導(dǎo)體襯底上呈陣列排列。根據(jù)本發(fā)明，可以形成包含單層結(jié)構(gòu)的石墨烯的鰭(Fin)形溝道，進而提高FinFet器件的電學性能。


本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。附圖中:圖1A-圖1E為本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法的各步驟的示意性剖面圖；圖2為本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法的流程圖。
具體實施例方式在下文的描述中，給出了大量具體的細節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細的步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法。顯然，本發(fā)明的施行并不限定于半導(dǎo)體領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟習的特殊細節(jié)。本發(fā)明的較佳實施例詳細描述如下，然而除了這些詳細描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。應(yīng)當理解的是，當在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組合。下面，參照圖1A-圖1E和圖2來描述本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法的詳細步驟。參照圖1A-圖1E，其中示出了本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法的各步驟的示意性剖面圖。首先，如圖1A所示，提供半導(dǎo)體襯底100，所述半導(dǎo)體襯底100的構(gòu)成材料可以采用未摻雜的單晶硅、摻雜有雜質(zhì)的單晶硅等。作為示例，在本實施例中，所述半導(dǎo)體襯底100選用單晶硅材料構(gòu)成。接下來，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成一介電層101。所述介電層101的材料包括氧化物、氮化硅、具有低k值(即低介電常數(shù))的材料或具有多孔結(jié)構(gòu)的材料。形成所述介電層101的工藝可以采用化學氣相沉積工藝或旋涂工藝。然后。蝕刻所述介電層101，以使所述介電層101呈鰭形。接著，如圖1B所示，在所述半導(dǎo)體襯底100上形成一犧牲層，以覆蓋所述呈鰭形的介電層101。所述犧牲層的材料為氮化銅(Cu3N)，也可以采用與氮化銅類似的能夠通過氫氣退火工藝去除其中的非金屬元素而只保留其中的金屬元素的材料。形成所述犧牲層的工藝采用化學氣相沉積工藝或原子層沉積工藝。然后，采用干法蝕刻工藝蝕刻所述犧牲層，以在所述呈鰭形的介電層101的兩側(cè)形成一側(cè)壁體102。所述側(cè)壁體102的厚度為500-600nm。接著，如圖1C所示，采用氫氣退火工藝去除所述側(cè)壁體102的構(gòu)成材料氮化銅中的氮元素，以在所述呈鰭形的介電層101的兩側(cè)形成一金屬層103。所述氫氣退火工藝為快速熱退火工藝(RTA)，采用的主氣體為氫氣，其中含有5-20%的氮氣，溫度為150-300°C，壓力為 1-lOTorr，時間為 5_120min。接著，如圖1D所示，采用化學氣相沉積工藝在所述金屬層103上形成一石墨烯層104以覆蓋所述金屬層103，所述石墨烯層104為單層結(jié)構(gòu)。接著，如圖1E所示，對所述金屬層103實施脫濕及蒸發(fā)處理，通過使所述金屬層103揮發(fā)掉以實現(xiàn)所述石墨烯層104和所述金屬層103之間的剝離，從而在所述呈鰭形的介電層101的兩側(cè)形成一緊貼所述呈鰭形的介電層101的石墨烯層。所述脫濕及蒸發(fā)處理的溫度高于1000°C，持續(xù)時間5-7h。至此，完成了根據(jù)本發(fā)明示例性實施例的方法實施的全部工藝步驟，需要說明的是，本實施例中只列舉了所述半導(dǎo)體襯底100上只有一個鰭(Fin)形溝道的情形，而對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言容易理解的是，本發(fā)明提出的方法同樣適用于所述半導(dǎo)體襯底100上具有多個呈陣列排列的鰭(Fin)形溝道的情形。接下來，可以通過后續(xù)工藝完成整個FinFet器件的制作，所述后續(xù)工藝與傳統(tǒng)的FinFet器件加工工藝完全相同。根據(jù)本發(fā)明，可以形成具有單層結(jié)構(gòu)的石墨烯的鰭(Fin)形溝道，進而提高FinFet器件的電學性能。參照圖2，其中示出了本發(fā)明提出的形成FinFet器件的鰭(Fin)形溝道的方法的流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。在步驟201中，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一介電層，并蝕刻所述介電層以使所述介電層呈鰭形；在步驟202中，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一犧牲層，以覆蓋所述呈鰭形的介電層；在步驟203中，蝕刻所述犧牲層，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一側(cè)壁體；在步驟204中，對所述側(cè)壁體進行氫氣退火，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形
成一金屬層;在步驟205中，在所述金屬層上形成一石墨烯層以覆蓋所述金屬層；在步驟206中，對所述金屬層實施脫濕及蒸發(fā)處理，以實現(xiàn)所述石墨烯層和所述金屬層之間的剝離。本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括: 提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一介電層，并蝕刻所述介電層以使所述介電層呈鰭形； 在所述半導(dǎo)體襯底上形成一犧牲層，以覆蓋所述呈鰭形的介電層； 蝕刻所述犧牲層，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一側(cè)壁體； 對所述側(cè)壁體進行氫氣退火，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一金屬層； 在所述金屬層上形成一石墨烯層以覆蓋所述金屬層； 對所述金屬層實施脫濕及蒸發(fā)處理，以實現(xiàn)所述石墨烯層和所述金屬層之間的剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學氣相沉積工藝或旋涂工藝形成所述介電層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述介電層的材料包括氧化物、氮化硅、具有低k值的材料或具有多孔結(jié)構(gòu)的材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學氣相沉積工藝或原子層沉積工藝形成所述犧牲層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述犧牲層的材料為氮化銅。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用干法蝕刻工藝蝕刻所述犧牲層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述側(cè)壁體的厚度為500-600nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，采用氫氣退火工藝去除所述氮化銅中的氮元素，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成所述金屬層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火工藝為快速熱退火工藝。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火工藝采用的主氣體為氫氣，其中含有5-20%的氮氣。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火工藝的溫度為150-300°C。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火工藝的壓力為1-lOTorr。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述氫氣退火工藝的時間為5-120min。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，采用化學氣相沉積工藝形成所述石墨烯層。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述石墨烯層為單層結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脫濕及蒸發(fā)處理的溫度高于1000。。。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述脫濕及蒸發(fā)處理的持續(xù)時間為5-7h。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述呈鰭形的介電層在所述半導(dǎo)體襯底上呈陣列排列。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制造方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成一介電層，并蝕刻所述介電層以使所述介電層呈鰭形；在所述半導(dǎo)體襯底上形成一犧牲層，以覆蓋所述呈鰭形的介電層；蝕刻所述犧牲層，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一側(cè)壁體；對所述側(cè)壁體進行氫氣退火，以在所述呈鰭形的介電層的兩側(cè)形成一金屬層；在所述金屬層上形成一石墨烯層以覆蓋所述金屬層；對所述金屬層實施脫濕及蒸發(fā)處理，以實現(xiàn)所述石墨烯層和所述金屬層之間的剝離。根據(jù)本發(fā)明，可以形成包含單層結(jié)構(gòu)的石墨烯的鰭(Fin)形溝道，進而提高FinFet器件的電學性能。
文檔編號H01L21/336GK103165449SQ201110407018
公開日2013年6月19日 申請日期2011年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月8日
發(fā)明者張海洋, 王新鵬 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司