[發明專利]石墨烯器件用的具有低等效氧化物厚度的雙層柵極電介質

有效

• 申請號: 201210495135.0
• 申請日: 2012-11-28
• 公開（公告）號: CN103247679A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: C·D·迪米特羅普洛斯;D·B·法默;A·格里爾;林佑民;D·A·諾伊邁爾;D·法伊弗;朱文娟
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L29/51;H01L29/10;H01L21/336;H01L21/285
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

1.一種半導體結構，包括：

石墨烯層，其位于基礎基板的最上表面上；以及

雙層柵極電介質，其位于所述石墨烯層的最上表面上，其中所述雙層柵極電介質從底部到頂部包括氮化硅層和HfO₂層，其中所述氮化硅層和所述HfO₂連續地存在于所述石墨烯層的最上表面的頂上。

2.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述基礎基板是半導體材料、電介質材料、導電材料或其組合。

3.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述基礎基板由SiC構成。

4.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化硅層具有從1nm到15nm的厚度。

5.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述HfO₂具有從2nm到500nm的厚度。

6.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述石墨烯層與下伏的基礎基板具有外延關系。

7.如權利要求1所述的半導體結構，其中所述氮化硅層是拉伸的氮化硅層。

8.一種半導體器件，包括：

基礎基板，其具有最上表面；以及

包含石墨烯的半導體器件，其位于所述基礎基板的最上表面上，其中所述包含石墨烯的半導體器件包括位于所述基礎基板的所述最上表面上的石墨烯層以及位于所述石墨烯層的最上表面上的雙層柵極電介質，其中所述雙層柵極電介質從底部到頂部包括氮化硅層和HfO₂層，且其中所述氮化硅層和所述HfO₂連續地存在于所述石墨烯層的最上表面的頂上。

9.如權利要求8所述的半導體器件，其中所述包含石墨烯的半導體器件是場效應晶體管，且其中所述石墨烯層的至少一部分用作所述場效應晶體管的溝道。

10.如權利要求9所述的半導體器件，還包括與所述石墨烯層的一部分接觸的源極區域以及與所述石墨烯層的另一部分接觸的漏極區域。

11.如權利要求10所述的半導體器件，還包括位于所述HfO₂層的最上表面的頂上且位于所述源極區域與所述漏極區域之間的柵極導體。

12.如權利要求11所述的半導體器件，其中所述雙層柵極電介質的一部分位于所述源極區域的側壁和上表面上，且所述雙層柵極電介質的另一部分位于所述漏極區域的側壁和上表面上。

13.如權利要求10所述的半導體器件，其中所述源極區域的一部分位于所述石墨烯層的最上表面的一部分上，且所述漏極區域的一部分位于所述石墨烯層的最上表面的另一部分上。

14.如權利要求10所述的半導體器件，其中所述源極區域的最外垂直側壁部分與所述石墨烯層的外部垂直側壁部分直接接觸，且所述漏極區域的最外垂直側壁部分與所述石墨烯層的另一外部垂直側壁部分直接接觸。

15.如權利要求8所述的半導體器件，其中所述基礎基板是半導體材料、電介質材料、導電材料或其組合。

16.如權利要求8所述的半導體器件，其中所述基礎基板由SiC構成。

17.一種方法，包括：

在基礎基板的最上表面上設置石墨烯層；

在所述石墨烯層的最上表面上形成氮化硅層；以及

在所述氮化硅層的最上表面上形成HfO₂層，其中所述氮化硅層和所述HfO₂連續地存在于所述石墨烯層的最上表面的頂上。

18.如權利要求17所述的方法，其中所述設置石墨烯層包括外延生長。

19.如權利要求18所述的方法，其中所述外延生長包括在稀釋的含硅環境中執行第一退火，并在1400℃到2000℃的溫度下在惰性環境中執行第二退火。

20.如權利要求18所述的方法，其中所述外延生長包括在含氫環境中執行第一退火并在從1400℃到2000℃的溫度下在惰性環境中執行第二退火。

21.如權利要求19的方法，還包括在所述第一退火的溫度與所述第二退火的溫度之間的中間溫度下在另一稀釋的含硅環境中執行中間退火。