[發明專利]采用水基原子層沉積技術在石墨烯表面制備高k柵介質的方法

有效

• 申請號: 201210365230.9
• 申請日: 2012-09-26
• 公開（公告）號: CN102891077A
• 公開（公告）日: 2013-01-23
• 發明（設計）人: 張有為;仇志軍;陳國平;陸冰睿;劉冉
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/285
• 分類號: H01L21/285;C23C16/40
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

1.?一種采用正丙醇改善的水基原子層沉積技術在石墨烯表面制備高k柵介質的方法，其特征在于，具體步驟為：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有石墨烯層，所述石墨烯層未經功能化處理；

在一定的反應溫度條件下，利用石墨烯層表面物理吸附的水和正丙醇混合溶液作為氧化劑，而與金屬源發生反應，生成金屬氧化物薄膜，作為高k柵介質層；所述金屬氧化物薄膜材料為ⅢA族金屬氧化物、ⅢB族稀土氧化物、ⅣB族過渡金屬氧化物中的其中一種，或它們的二元及二元以上的氧化物中的任一種。

2.?根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述生成金屬氧化物薄膜的步驟包括：

將具有石墨烯層的所述半導體襯底轉移到反應腔室中；

將所述反應腔室升溫至反應溫度，采用原子層沉積工藝，利用在所述石墨烯表面物理吸附的水和正丙醇混合溶液作為氧化劑，與金屬源反應，生成金屬氧化物薄膜；所述反應溫度為60℃至120℃。

3.?根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述金屬氧化物薄膜的厚度為5?nm至30?nm。

4.?一種采用正丙醇改善的水基原子層沉積技術在石墨烯表面制備高k柵介質的方法，其特征在于，具體步驟為：

提供半導體襯底，所述半導體襯底上具有石墨烯層，所述石墨烯層未經功能化處理；

在第一反應溫度條件下，利用石墨烯層表面物理吸附的水和正丙醇混合溶液作為氧化劑而與第一金屬源反應生成第一金屬氧化物薄膜，作為成核層；所述第一金屬氧化物薄膜的材料為ⅢA族金屬氧化物、ⅢB族稀土氧化物、ⅣB族過渡金屬氧化物中的其中一種，或它們的二元及二元以上的氧化物中的任一種；

在第二反應溫度條件下，利用水與第二金屬源的自限制化學吸附，在作為成核層的所述第一金屬氧化物薄膜上生成第二金屬氧化物薄膜，作為高k柵介質層；所述第二金屬氧化物薄膜的材料為ⅢA族金屬氧化物、ⅢB族稀土氧化物、ⅣB族過渡金屬氧化物中的其中一種，或它們的二元及二元以上的氧化物中的任一種。

5.?根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述生成第一金屬氧化物薄膜的步驟包括：

將具有石墨烯層的所述半導體襯底轉移到反應腔室中；

將所述反應腔室升溫至第一反應溫度，采用原子層沉積工藝，利用在所述石墨烯表面物理吸附的水/正丙醇混合溶液作為氧化劑與第一金屬源反應生成第一金屬氧化物薄膜，作為成核層；所述第一反應溫度為60℃至120℃。

6.?根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一金屬氧化物薄膜的厚度為?5nm至30?nm。

7.?根據權利要求4所述的方法，其特征在于，生成第二金屬氧化物薄膜的步驟包括：

將生成有作為成核層的第一金屬氧化物薄膜的所述半導體襯底轉移到反應腔室中；

將所述反應腔室升溫至第二反應溫度，采用原子層沉積工藝，利用水與第二金屬源的自限制化學吸附，在所述成核層上生成第二金屬氧化物薄膜，?所述第二反應溫度為200℃至350℃。

8.?根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二金屬氧化物薄膜的厚度為5?nm至50?nm。

9.?根據權利要求1或4所述的方法，其特征在于，所述ⅢA族金屬氧化物為Al₂O₃，所述ⅢB族稀土氧化物為La₂O₃、Gd₂O₃或Pr₂O₃，所述ⅣB族過渡金屬氧化物為TiO₂、ZrO₂或HfO₂。