[發明專利]一種金剛石材料溝道導電特性優化方法

在審

• 申請號: 201710500219.1
• 申請日: 2017-06-27
• 公開（公告）號: CN107331701A
• 公開（公告）日: 2017-11-07
• 發明（設計）人: 龍世兵;董航;何啟鳴;劉明
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/16;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京匯澤知識產權代理有限公司11228
• 代理人: 張瑾

技術領域

本發明涉及微電子與納米電子器件技術領域，尤其涉及一種金剛石材料溝道導電特性優化方法。

背景技術

隨著晶體管特征尺寸的縮小，由于短溝道效應等物理規律和制造成本的限制，主流硅基材料與CMOS技術正發展到10納米工藝節點而很難繼續提升。目前，金剛石因其優良的特性被認為是新一代集成電路半導體材料。金剛石具有超寬的禁帶寬度(5.7eV)、極高的導熱率(2000w/(m·k))、大的擊穿電場(10MV/cm)以及高的載流子(電子和空穴)遷移率，在高頻、大功率和光學元件中有廣泛應用前景。

但是，一方面金剛石的后期摻雜工藝會造成晶格損傷，使其性能嚴重退化，甚至是石墨化；另一方面，摻雜較高的載流子激活能造成摻雜后的金剛石半導體難以形成有效摻雜，在室溫下展現出的導電性也不理想。這種現象阻礙了金剛石材料的開發和有效利用。

在現有技術中，可以將金剛石材料用氫等離子體處理的方式，使金剛石表面發生化學反應，得到高空穴濃度的薄層，從而作為導電溝道制備場效應晶體管的方法。但這種處理方式得到的金剛石表面的空穴濃度較低，僅有10¹²/cm²到10¹³/cm²，因此晶體管的溝道導電能力不足，這嚴重影響了晶體管的性能，降低了金剛石晶體管的工作效率。

因此，亟需一種金剛石材料溝道導電特性優化方法，從而進一步提高晶體管的導電性能。

發明內容

本發明提供的一種金剛石材料溝道導電特性優化方法，能夠針對現有技術中金剛石材料空穴濃度低的不足，提高金剛石材料表面的溝道導通能力，從而提升金剛石基底器件的性能。

本發明提供一種金剛石材料溝道導電特性優化方法，其中包括：

步驟一、提供金剛石基底；

步驟二、使用氫等離子體處理所述金剛石基底表面，形成氫等離子體處理層；

步驟三、在所述氫等離子體處理層上淀積第一氧化物層；

步驟四、在所述第一氧化物層上淀積第二氧化物層并光刻出柵介質層；

步驟五、在所述步驟四形成的器件上生長源/漏極電極金屬；

步驟六、在所述步驟五形成的器件上生長柵電極金屬。

可選地，上述第一氧化物層材料為Al₂O₃。

可選地，上述第一氧化物層通過PVD、CVD或ALD工藝形成。

可選地，上述第一氧化層的厚度為5-10nm。

可選地，上述步驟二使用微波濺射工藝形成所述氫等離子體處理層，或者在氫氣和氨氣的混合氣體以及高溫環境下形成所述氫等離子體處理層。

可選地，上述步驟二中的所述金剛石基底在所述氫等離子體處理前進行高溫酸煮。

可選地，上述高溫算珠使用加熱的混合濃酸溶液。

可選地，上述高溫酸煮還包括在氮氣和氫氣的混合氣體中的持續加熱處理。

可選地，上述步驟一中還包括對所述金剛石進行清洗。

可選地，上述源/漏電極及所述柵電極材料為Al、Ti、Au、Cr、Pd或Pt。

本發明提供的金剛石材料溝道導電特性優化方法，能夠提高金剛石材料表面的溝道導電能力，提升金剛石基底器件的性能，并且步驟簡單，能夠與傳統微電子工藝兼容。

附圖說明

圖1a-1f是本發明一實施例的金剛石材料溝道導電特性優化方法步驟的結構示意圖；

圖2是本發明一實施例的金剛石材料溝道導電特性優化方法流程圖；

圖3是本發明一實施例的氫終端金剛石和Al₂O₃界面的能帶結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本發明提供一種金剛石材料溝道導電特性優化方法，如圖1a所示，提供金剛石基底110。特別的，可以清洗金剛石基底，清洗方法包括但不限于在丙酮溶液中進行超聲清洗，然后依次使用無水乙醇和去離子水清洗，然后用N₂吹干。