[發(fā)明專利]硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制作方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210033024.8
• 申請日: 2012-02-14
• 公開（公告）號: CN102569407A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 況維維;劉興舫;唐治;陳中
• 申請（專利權(quán)）人: 北京中瑞經(jīng)緯科技有限公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/04
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 李娜

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，特別涉及硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制作方法。

背景技術(shù)

石墨烯（Graphene）是一種由單層或數(shù)層（低于100層）碳原子組成的薄片，這樣的二維石墨薄片被證實有許多超強屬性，如它的電子在亞微米距離中以彈道方式輸運，不會有任何的散射，具有非常吸引人的導(dǎo)電能力，這為制造超性能晶體管提供了條件。石墨烯晶體管可以在室溫下工作，有預(yù)言石墨烯薄膜可能最終替代硅，因為石墨烯晶體管比硅管更高效，更快而耗能更低。石墨烯給半導(dǎo)體行業(yè)帶來了一個新的機遇，當未來65nm、45nm甚至32nm的硅制程不能滿足半導(dǎo)體工業(yè)需求的時候，或許就應(yīng)該由石墨烯來替代它。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管及其制作方法。

根據(jù)本發(fā)明的硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管自下而上包括：柵電極、低阻硅層、柵極氧化物層以及石墨烯層，該晶體管的源區(qū)和漏區(qū)位于該石墨烯層中，溝道區(qū)位于源區(qū)和漏區(qū)之間。

可選地，所述低阻硅層由具有（111）或（100）或（110）晶面的硅襯底構(gòu)成。

可選地，所述柵極電介質(zhì)層由氧化所述低阻硅層的一部分而形成的二氧化硅層、淀積在所述低阻硅層上的二氧化硅層、或者淀積在所述低阻硅層上的高k電介質(zhì)層構(gòu)成。

可選地，所述石墨烯層由石墨烯二維晶體材料構(gòu)成。

可選地，所述石墨烯層由碳化硅膜熱分解而形成的石墨烯二維晶體材料構(gòu)成。

可選地，所述石墨烯二維晶體材料的層數(shù)由所述碳化硅膜的碳硅雙原子層數(shù)決定。

可選地，所述碳化硅膜的厚度為1～100個碳硅雙原子層。

根據(jù)本發(fā)明的硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管的方法，包括如下步驟：

在低阻硅襯底的第一表面上形成柵極電介質(zhì)層；

在所述柵極電介質(zhì)層上形成碳化硅膜；

對所述碳化硅膜進行熱退火分解以形成石墨烯二維晶體材料層；

圖形化所述石墨烯二維晶體材料層以形成源區(qū)和漏區(qū)；以及

在所述低阻硅襯底的與所述第一表面相對的第二表面上形成柵電極。

可選地，所述低阻硅襯底的第一表面是（111）或（100）或（110）面。

可選地，所述碳化硅層的厚度是1-100個碳硅雙原子層的厚度。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例制作硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管的步驟之一的示意性剖面圖，其中在低阻硅襯底上形成了二氧化硅層。

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例制作硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管的步驟之二的示意性剖面圖，其中在二氧化硅層上形成了碳化硅層。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例制作硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管的步驟之三的示意性剖面圖，其中碳化硅熱分解后經(jīng)退火重構(gòu)形成石墨烯。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的硅基石墨烯場效應(yīng)晶體管的示意性剖面圖。

具體實施方式

為了使本發(fā)明提供的技術(shù)方案更加清楚和明白，以下參照附圖并結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進行更詳細的描述。附圖是示意性的，并不一定按比例繪制，貫穿附圖相同的附圖標記表示相同或相似的部分。

首先如圖1所示，在硅襯底100上形成二氧化硅層200，該二氧化硅層200用作晶體管的柵極電介質(zhì)，其可以通過氧化所述硅襯底100的一部分而形成或者直接在所述硅襯底100上通過化學(xué)氣相沉積淀積二氧化硅而形成。作為晶體管的柵極電介質(zhì)，所述二氧化硅層200也可以用其他高k電介質(zhì)（例如氮化鋁、氧化鉿等）層代替。所述硅襯底100為具有（111）或（100）或（110）面的低阻p或低阻n型襯底，電阻率為0.01-10Ω·cm，或者摻雜濃度為1E18-1E20/cm³。

然后，如圖2所示，在所述二氧化硅層200上生長碳化硅膜300’。該碳化硅膜的生長條件可以選擇例如：溫度為1100～1300℃、壓力10^-2至10帕。優(yōu)選地，該碳化硅膜300’的厚度為1～100個碳硅雙原子層。

接下來，如圖3所示，然后采用熱分解的方法在高溫超高真空環(huán)境中去除碳化硅膜300’中的硅原子，留下的碳原子在熱退火的條件下重構(gòu)形成具有層狀石墨結(jié)構(gòu)的石墨烯二維晶體層300。熱分解溫度例如為1280-1350℃，熱分解壓力例如為10^-3至10^-6帕，退火重構(gòu)溫度例如為1300-1380℃、壓力例如為10^-5至10^-7帕。