[發(fā)明專利]類金剛石襯底上源漏掩埋型石墨烯晶體管器件和制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110266848.5
• 申請(qǐng)日: 2011-09-09
• 公開（公告）號(hào): CN103000669A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬小龍;殷華湘
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院微電子研究所
• 主分類號(hào): H01L29/08
• 分類號(hào): H01L29/08;H01L29/16;H01L29/78;H01L21/762;H01L21/336
• 代理公司: 北京藍(lán)智輝煌知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11345
• 代理人: 陳紅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種適用于射頻通信的類金剛石襯底上源漏掩埋型石墨烯晶體管器件和制作方法。

背景技術(shù)

自從2004年Novoselov等人報(bào)道關(guān)于成功制備單程石墨烯、并發(fā)現(xiàn)石墨烯中的電場(chǎng)效應(yīng)后，石墨烯就一直受到廣泛的關(guān)注和研究(參考：Electric?Field?Effect?in?Atomically?Thin?Carbon?Films?K.S.Novoselov.et?al.Science?22?October?2004：306(5696)，666-669.)。石墨烯以其非常高的遷移率和單元層厚度更是得到了半導(dǎo)體器件工程師的青睞。尤其是在高頻應(yīng)用上，石墨烯展示了巨大的潛力，世界各個(gè)研究組爭(zhēng)相報(bào)道石墨烯的高頻性能，石墨烯晶體管的截止頻率已經(jīng)達(dá)到100G～300G。在文獻(xiàn)：Dual?Gate?Graphene?FETs?with?fT?of?50GHz.Y.-M.Lin.et?al，IEEE?Electron?Device?Letters?31，68(2010)中，作者通過(guò)調(diào)節(jié)背柵電壓減小溝道電阻(Access?resistance)，在一定范圍提高了器件的截止頻率。在文獻(xiàn)：Boron?nitride?substrates?for?high-quality?graphene?electronics.C.R.Dean.et?al.Nature?Nanotechnology?5，722-726(2010)中，作者首次在單晶氮化硼(h-BN)襯底上制作石墨烯晶體管，以克服石墨烯因襯底二氧化硅的聲子散色而造成的載流子遷移率下降。比傳統(tǒng)二氧化硅襯底得到高幾乎一個(gè)數(shù)量級(jí)的載流子遷移率。單晶氮化硼擁有原子級(jí)的光滑表面，幾乎沒有懸掛鍵和陷阱電荷，同時(shí)擁有高的光學(xué)聲子模式和大的禁帶寬度；因此被認(rèn)為比較理想的石墨烯襯底材料。在文獻(xiàn)：High-frequency，scaled?graphene?transistors?on?diamond-like?carbon.Y.Wu?et?al.，Nature?472，74(2011)中，作者提供了在類金剛石非晶碳上制作石墨烯晶體管的方法，并且首次研究了低溫下石墨烯晶體管的性能，以及石墨烯晶體管尺寸縮小的潛力。

目前石墨烯晶體管面臨的主要技術(shù)難點(diǎn)有：1)石墨烯是一個(gè)零帶隙的材料，如何通過(guò)摻雜或者施加外偏壓，或者引入應(yīng)力等技術(shù)得到一定的帶隙。2)石墨烯和傳統(tǒng)的二氧化硅絕緣界面有比較強(qiáng)的聲子散射，嚴(yán)重的降低了石墨烯的載流子遷移率，如何生長(zhǎng)陷阱電荷少，懸掛鍵少，聲子散射弱的優(yōu)質(zhì)絕緣上下界面是提高石墨烯晶體管性能所面臨的重要問題。3)石墨烯和金屬之間的接觸電阻，以及源漏區(qū)和柵極之間的未被柵電極覆蓋的石墨烯電阻，制約著器件的高頻性能和尺寸縮小。如圖1A和圖1B所示，在長(zhǎng)溝道的情況下，柵電極0026和源/漏極0010/0012之間的電容為C_gs，C_gd比較小，為了達(dá)到更高的截止頻率而減小柵電極長(zhǎng)度Lg時(shí)，若柵極和源漏極之間的距離為L(zhǎng)gd，Lgs也等比例縮小，C_gs，C_gd卻反比例增大，這樣會(huì)嚴(yán)重制約截止頻率的提高。若Lgd?，Lgs保持不變，未被柵電極覆蓋的柵源柵漏串之間石墨烯的串聯(lián)電阻R_{gs_s}，R_{gd_s}會(huì)和柵控的石墨烯電阻R可比擬，甚至前者大于后者。因此現(xiàn)有技術(shù)的石墨烯晶體管不能做到寄生電容和溝道電阻同時(shí)減小。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上面提到的幾個(gè)需解決的問題，本發(fā)明公開了一種類金剛石襯底上源漏掩埋型石墨烯晶體管器件結(jié)構(gòu)和制作方法，通過(guò)將石墨烯晶體管的源漏極掩埋在類金剛石非晶碳襯底中，使得即使柵極和源漏極之間的距離為0，甚至小于0，也能保持柵電極和源/漏電極之間的寄生電容不變，從而充分發(fā)掘出石墨烯晶體管尺寸縮小的潛力。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案是：

一種類金剛石襯底上源漏掩埋型石墨烯晶體管器件，依次至少包括：襯底；位于襯底上的類金剛石非晶碳薄膜；掩埋在所述類金剛石非晶碳薄膜中的源/漏電極；至少覆蓋所述源電極和漏電極上方的單層或少數(shù)層石墨烯層；淀積于所述石墨烯層上的絕緣介質(zhì)層；位于所述絕緣介質(zhì)層上的金屬柵電極。

其中所述柵電極和所述源/漏電極分別位于所述石墨烯層的上下兩側(cè)，所述源/漏電極與所述柵電極之間的距離或大于零、或等于零、或小于零。