[發(fā)明專利]一種納米晶金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管的制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810040004.7
• 申請(qǐng)日: 2008-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN101303979A
• 公開（公告）日: 2008-11-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王林軍;黃健;賴建明;唐可;管玉蘭;夏義本
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/338
• 分類號(hào): H01L21/338
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的是一種基于p型未摻雜納米晶金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管的制造方法，屬于無機(jī)非金屬材料器件制造工藝領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來，光電子技術(shù)在高度信息化社會(huì)起到越來越重要的作用，光子集成和光電子集成技術(shù)對(duì)器件的功率、頻率、工作溫度等提出了更高的要求。由雙極型晶體管(BJT)或場效應(yīng)晶體管(FET)等三端器件構(gòu)成的光電器件-光敏晶體管具有重要的應(yīng)用前景。相對(duì)雙極型光敏晶體管來說，場效應(yīng)光敏晶體管可實(shí)現(xiàn)極高速光探測，響應(yīng)時(shí)間可達(dá)幾十ps，可望在光電集成中得到廣泛應(yīng)用。目前FET一般采用Si和GaAs材料。傳統(tǒng)的硅器件，在高頻、大功率領(lǐng)域越來越顯示其局限性，且不適宜于高輻射條件。GaAs器件雖然可以獲得優(yōu)異的高頻特性，但由于材料的擊穿場強(qiáng)和熱導(dǎo)率低，無法實(shí)現(xiàn)大功率工作。目前這方面的研究主要集中于SiC、GaN和金剛石等寬禁帶半導(dǎo)體材料，由于材料本身的限制，基于SiC或GaN材料的器件無法很好地解決散熱問題。金剛石是一種集多種優(yōu)良性能于一體的功能材料，具有高擊穿電場、高飽和載流子漂移速率、高熱導(dǎo)率等特性。另外，金剛石還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性、優(yōu)良的機(jī)械性能、磨擦性能、耐高溫性能及與生物體有良好的兼容性，已引起微電子技術(shù)、光電子技術(shù)、微機(jī)械等領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，成為新材料研究的熱點(diǎn)之一。20世紀(jì)80年代，化學(xué)氣相沉積(CVD)法合成金剛石薄膜技術(shù)和p型摻雜技術(shù)取得突破性進(jìn)展，使人們大規(guī)模利用金剛石的愿望得以實(shí)現(xiàn)。研究表明：基于金剛石薄膜的電子器件能夠在硅器件無法應(yīng)用的場合發(fā)揮不可替代的作用，可實(shí)現(xiàn)高溫、高速、高功率和抗輻射器件，因此被公認(rèn)為是最有發(fā)展前途的新型電子材料之一。

由于金剛石n型摻雜技術(shù)還未突破，目前報(bào)道的所有金剛石基FET均為p型硼(B)摻雜溝道器件或p型非摻雜氫(H)終端表面溝道器件。但由于硼受主激活能較大(370meV)，甚至在高溫下也不能完全激活，導(dǎo)致B摻雜溝道FET具有較小的漏極電流和跨導(dǎo)，且在高溫、大電壓下工作時(shí)又導(dǎo)致大的反向泄漏電流，不利于器件工作。令人欣慰的是，沒有摻雜情況下，CVD金剛石表面通過氫等離子體處理可以獲得氫(H)終端p型表面導(dǎo)電溝道，該溝道相當(dāng)于一個(gè)激活能低于23meV的二維空穴氣(2DHG)，并成功地被制成了H終端表面溝道FET器件，這種H終端表面溝道器件的制作工藝非常簡單，不需要摻雜、氧化和鈍化層沉積過程，制作成本明顯低于p型B摻雜金剛石FET和硅基FET。然而，目前國際上正在開發(fā)的摻雜或未摻雜金剛石基FET均采用微米級(jí)多晶金剛石薄膜，表面粗糙度往往較高(典型值為幾百個(gè)nm至幾個(gè)μm量級(jí))，需要拋光處理后才能進(jìn)行器件的電極制作，而由于金剛石硬度很大，通過機(jī)械、化學(xué)拋光等手段處理非常困難，成本相對(duì)太高，限制了金剛石基FET器件的研究，致使其在微電子學(xué)、光電子學(xué)和生物電子學(xué)方面的應(yīng)用至今尚未完全打開局面。

相對(duì)于微米級(jí)多晶金剛石薄膜，納米晶金剛石薄膜表面非常光滑，表面粗糙度可以達(dá)到幾十個(gè)甚至幾個(gè)納米量級(jí)，不需要后續(xù)的拋光處理就可以直接進(jìn)行電極的精細(xì)制作，而且適當(dāng)?shù)闹苽涔に囅碌玫降募{米晶金剛石薄膜同樣具有p型導(dǎo)電能力，無需進(jìn)行p型硼摻雜。因此p型未摻雜納米晶金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管相對(duì)于傳統(tǒng)的金剛石基晶體管來說，既可以避免摻雜器件激活電壓太高，漏極電流太小的缺點(diǎn)，又比多晶金剛石薄膜器件簡化了制作工藝，大大降低了制作成本，這必將會(huì)極大地促進(jìn)金剛石基FET器件在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種納米晶金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管的制備方法。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案。

一種納米晶金剛石薄膜場效應(yīng)晶體管的制備方法，其特征在于該工藝具有以下的過程和步驟：

1)硅襯底預(yù)處理：采用(100)鏡面拋光硅片作為沉積襯底；采用HF酸超聲清洗5～15分鐘，以去除表面的氧化硅層；為了增加納米晶金剛石薄膜的成核密度，使用100nm粒徑的金剛石粉末對(duì)硅襯底機(jī)械研磨10～15分鐘；將研磨后的硅片在混有100nm金剛石粉的丙酮溶液中超聲清洗10～20分鐘；最后再將硅片用去離子水和丙酮分別超聲清洗，直至硅片表面潔凈，烘干后放入微波等離子體化學(xué)氣相沉積(MPCVD)裝置的反應(yīng)室內(nèi)；