[發(fā)明專(zhuān)利]利用石墨烯帶電在石墨烯上生長(zhǎng)高K介質(zhì)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410078090.6
• 申請(qǐng)日: 2014-03-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103915328B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周鵬;沈彥;魏紅強(qiáng);沈于蘭;楊松波
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 復(fù)旦大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/285
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/285;C23C16/455
• 代理公司: 上海正旦專(zhuān)利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,盛志范

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于碳基集成電路制造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種在石墨烯上生長(zhǎng)高K介質(zhì)的方法。

使石墨烯上帶電，利用石墨烯上電荷形成極化陷阱，極化陷阱可以物理吸附水分子，這些物理吸附的水分子可以提供足夠成核位點(diǎn)，之后利用原子層沉積的方法生長(zhǎng)高K介質(zhì)的方法。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，摩爾定律的不斷延展與縱深使得硅基集成電路器件尺寸距離其物理極限越來(lái)越近。2004年，人們發(fā)現(xiàn)了一種新型半導(dǎo)體材料——石墨烯（Graphene）。石墨烯（Graphene）是由單層六角元胞碳原子組成的蜂窩狀二維晶體，是石墨中的一層，圖1所示為石墨烯的基本結(jié)構(gòu)示意圖。石墨烯具有遠(yuǎn)比硅高的載流子遷移率，對(duì)于零禁帶寬度的石墨烯施加電場(chǎng)，進(jìn)行摻雜或者制備成石墨烯納米帶等處理，可以打開(kāi)石墨烯的禁帶，使得它成為一種性能優(yōu)異的半導(dǎo)體材料?；谄洫?dú)特的二維結(jié)構(gòu)和物理特性，石墨烯被認(rèn)為是下一代集成電路中有望延續(xù)摩爾定律的重要材料。

在石墨烯表面淀積超薄的高K介質(zhì)是制造石墨烯基場(chǎng)效應(yīng)晶體管的關(guān)鍵。但是由于石墨烯表面沒(méi)有懸掛鍵，化學(xué)性質(zhì)不活潑，使得通過(guò)原子沉積方法淀積高K介質(zhì)非常困難。使用原子層沉積的方法生長(zhǎng)高K介質(zhì)之前，必須對(duì)石墨烯表面進(jìn)行活化處理，比如使用二氧化氮或者臭氧等方法對(duì)石墨烯表面進(jìn)行預(yù)處理，可采用這種方法會(huì)對(duì)石墨烯造成損傷，會(huì)破壞石墨烯原有的晶格結(jié)構(gòu)，使石墨烯的遷移率大大下降。

本發(fā)明采用使石墨烯帶電，通過(guò)原子層沉積的方法在石墨烯上形成高K介質(zhì)薄膜。這種方法是引入極化陷阱，通過(guò)物理方法吸附水分子，這樣不會(huì)先破壞石墨烯的晶格結(jié)構(gòu),不會(huì)使石墨烯的性能下降。通過(guò)原子層沉積的方法可以在石墨烯上形成均勻連續(xù)的高K介質(zhì)薄膜，這種方法簡(jiǎn)單方便，易于大面積生產(chǎn)，可以在石墨烯上形成高質(zhì)量的高K介質(zhì)薄膜。這是一種有效和新穎的方法，將進(jìn)一步推動(dòng)碳基集成電路的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出一種破壞石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單方便，易于大面積生產(chǎn)的在石墨烯上生長(zhǎng)均勻高K介質(zhì)的方法，這種高K介質(zhì)的生長(zhǎng)方法可以在未來(lái)超越硅材料后的碳基大規(guī)模集成電路制造中獲得全面應(yīng)用。

本發(fā)明提出的石墨烯上生長(zhǎng)高K介質(zhì)的方法，是使石墨烯帶電，然后采用原子層沉積方法在石墨烯上形成高K介質(zhì)薄膜。具體步驟包括：

提供需要生長(zhǎng)高K介質(zhì)的石墨烯樣品；

把石墨烯樣品放入電場(chǎng)中，通過(guò)電荷感應(yīng)使石墨烯帶電；或者在石墨烯上通電，使石墨烯帶電；或者用其它方法使石墨烯帶電；

在石墨烯樣品上通入水蒸氣，由于石墨烯帶電形成極化陷阱，能物理吸附水分子；

利用原子層沉積方法在樣品樣品上生長(zhǎng)高K介質(zhì)薄膜。?

進(jìn)一步地，所述的提供需要生長(zhǎng)高K介質(zhì)的石墨烯薄膜樣品應(yīng)該生長(zhǎng)或者轉(zhuǎn)移在具有一定厚度的絕緣襯底上。通過(guò)遠(yuǎn)程電場(chǎng)的作用下，使石墨烯表面由于電荷感應(yīng)使石墨烯上帶有電荷，由于電荷的作用，會(huì)在石墨烯的表面上形成極化陷阱，而極化陷阱會(huì)物理吸附水分子，這種吸附不會(huì)破壞石墨烯的原有晶格結(jié)構(gòu)，吸附的水分子可以成為成核位點(diǎn)，有了成核位點(diǎn)，就可以通過(guò)原子層沉積的方法在石墨烯上形成均勻連續(xù)的高K介質(zhì)薄膜。

本發(fā)明采用使石墨烯帶電，通過(guò)電荷的作用，可以物理吸附足夠多的水分子，利用水分子提供原子層沉積所需的成核位點(diǎn)，就可以通過(guò)原子層沉積的方法在石墨烯上直接生產(chǎn)高K介質(zhì)薄膜，而不需要利用種子層在石墨烯上形成高K介質(zhì)薄膜。由于整個(gè)過(guò)程沒(méi)有與石墨烯發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，沒(méi)有破壞石墨烯的晶格結(jié)構(gòu)，沒(méi)有像物理淀積金屬種子層過(guò)程對(duì)石墨烯造成損傷。整個(gè)過(guò)程使引入電荷，引入極化陷阱，通過(guò)物理吸附的方法在石墨烯上形成成核位點(diǎn)，十分有效保護(hù)了石墨烯結(jié)構(gòu)。這種方法簡(jiǎn)單方便，與傳統(tǒng)加工工藝兼容，易于大面積生產(chǎn)。這種方法可以直接應(yīng)用在納米尺度的平面器件制備當(dāng)中，該方法也可以作為石墨烯基電子器件的基本加工工藝。

附圖說(shuō)明

圖1為石墨烯基本結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2至圖4本發(fā)明提供的物理吸附水分子的形成過(guò)程示意圖。

圖5分別為本發(fā)明提供的高K介質(zhì)形成過(guò)程示意圖。

圖6為本發(fā)明操作流程圖。

具體實(shí)施方式