石墨烯场效应晶体管及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法。

背景技术：

由于石墨烯具有高迁移率的特性，业界已经开始将石墨烯应用于半导体器件的制作。目前石墨烯晶体管的制造方法一般是采用液相涂膜或转移的方法将石墨烯薄膜形成于玻璃衬底上。然而，此方法的缺点在于，石墨烯薄膜与玻璃衬底之间的接口经常会发生污染，从而严重影响石墨烯晶体管的性能。此外，目前石墨烯晶体管的制造方法由于操作繁复、成本较高、产率也较低，因此难以满足大规模应用的需求。有鉴于此，目前有需要发展一种改良的石墨烯晶体管的制造方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法，可以避免在制作过程中受到污染，从而提高石墨烯晶体管的性能。

为解决上述技术问题，本发明的一个实施例提供一种石墨烯场效应晶体管的制造方法，包括：提供一玻璃衬底；原位清洗该玻璃衬底；加热该玻璃衬底至摄氏600度～1200度；直接在该玻璃衬底的表面生长至少一石墨烯层；以及在该至少一石墨烯层的表面形成一高介电常数材料层，且该高介电常数材料层的介电常数的范围为3.0～30。

本发明的一个实施例提供一种石墨烯场效应晶体管，包括：一玻璃衬底；至少一石墨烯层，该至少一石墨烯层设于该玻璃衬底的表面；一高介电常数材料层，该高介电常数材料层设于该至少一石墨烯层的表面，且该高介电常数材料层的介电常数的范围为3.0～30；一源极及一漏极，该源极与该漏极设于该至 少一石墨烯层的表面；以及一栅极，该栅极设于该高介电常数材料层的表面。

附图说明

图1为本发明提供的石墨烯场效应晶体管的制造方法的流程图；

图2a-图2f为本发明中制造石墨烯场效应晶体管过程中器件结构的剖视图。

其中，100衬底102、106、110、118表面103玻璃衬底104介电层108石墨烯层112高介电常数材料层114源极116漏极120栅极

具体实施方式

下面将结合示意图对本发明的石墨烯场效应晶体管及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。

在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

请参考图1，本发明一实施例提供一种石墨烯场效应晶体管的制造方法，包括下列步骤：

s101：提供一玻璃衬底；

s102：以臭氧或镍钴化硅(siconi)原位清洗玻璃衬底；

s103：加热玻璃衬底至摄氏600度～1200度，使得玻璃衬底的表面以熔融状态存在；

s104：直接在该玻璃衬底的表面生长至少一石墨烯层；

s105：在该至少一石墨烯层的表面形成一高介电常数材料层，且该高介电常数材料层的介电常数的范围为3.0～30，该高介电常数材料层的材料例如为氮 化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化锆、或二氧化铪或其组合。在该至少一石墨烯层的表面形成形成该高介电常数材料层的方式包含有化学气相沉积法(chemicalvapordeposition)、原子沉积法(atomiclayerdeposition)或金属有机化学气相沉积法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)；

s106：蚀刻该高介电常数材料层的一部分；

s107：在该石墨烯层的表面分别形成一源极以及一漏极，以及在该高介电常数材料层的表面形成一栅极。

为了更具体地阐述石墨烯场效应晶体管的制造方法，请参照图2a至图2f，图2a-图2f为本发明中制造石墨烯场效应晶体管过程中器件结构的剖视图。

首先，请参考图2a，制备一硅层100。

接下来，请参考图2b，在硅层100的表面102沉积一厚度介于2nm～100nm的介电层104，硅层100与介电层104的组合形成一玻璃衬底103。介电层104的材料可使用二氧化硅或高介电常数材料，其中高介电常数材料的介电常数范围为2.0～30，例如有氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化锆、或二氧化铪或其组合。沉积介电层104于硅层100的方式包含有化学气相沉积法(chemicalvapordeposition)、原子沉积法(atomiclayerdeposition)或金属有机化学气相沉积磊晶法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)。在其他实施例中，玻璃衬底103为一整块玻璃。

接着，以臭氧或镍钴化硅(siconi)原位清洗玻璃衬底103，并且加热玻璃衬底103至摄氏600度～1200度，使得玻璃衬底103的介电层104以熔融状态存在。

接着，请参考图2c，在熔融态的介电层104的表面106直接生长一石墨烯层108，其中石墨烯层108的能隙(bandgap)大于300mev。

请参考图2d，在石墨烯层108的表面110沉积一高介电常数材料层112，且高介电常数材料层112的介电常数的范围为3.0～30，高介电常数材料层112的材料例如有氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化锆、或二氧化铪或其组合。在石墨烯层108的表面沉积高介电常数材料层112的方式包含化学气相沉积法(chemicalvapordeposition)、原子沉积法(atomiclayerdeposition)或金属有机化学气相沉积磊晶法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)。

接下来，请参考图2e，蚀刻高介电常数材料层112的一部分。

接着，请参考图2f，分别在蚀刻后的高介电常数材料层112的两侧以及石墨烯层108的表面110分别形成一源极114以及一漏极116，以及在高介电常数材料层112的表面118形成一金属的栅极120。

本发明所提供的石墨烯场效应晶体管的制造方法，原位清洗玻璃衬底之后，接着将玻璃衬底加热至摄氏600度～1200度，使得玻璃衬底的表面以熔融状态存在。由于熔融状态的表面的平整度较高并且各向同性，于是石墨烯层能够均匀地生长在玻璃衬底的表面，从而避免玻璃衬底与石墨烯层之间的接触面受到污染，进而提升石墨烯场效应晶体管的效能。此外，相较于目前石墨烯晶体管的制作方法，本发明所提供的方法，操作较为简易、成本较低、产率也较高，因此可以满足大规模应用的需求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

技术特征：

技术总结
本发明揭示了一种石墨烯场效应晶体管的制造方法。包括：提供一玻璃衬底；原位清洗该玻璃衬底；加热该玻璃衬底至摄氏600度～1200度；直接在该玻璃衬底的表面生长至少一石墨烯层；以及在该石墨烯层的表面沉积一高介电常数材料层。

技术研发人员：肖德元
受保护的技术使用者：上海新昇半导体科技有限公司
技术研发日：2016.03.24
技术公布日：2017.10.03