石墨烯场效应晶体管及其制作方法技术

一种石墨烯场效应晶体管的制作方法，包括：提供衬底，在所述衬底上形成氧化硅层；在所述氧化硅层上形成石墨烯沟道层；在所述石墨烯沟道层的两端形成源端和漏端；去除部分氧化硅层；在所述石墨烯沟道层上形成栅结构。本发明专利技术采用缓冲湿法腐蚀处理，去除了与石墨烯沟道层接触的氧化硅层，形成了悬空石墨烯沟道层，减小了SiO2薄膜对石墨烯带来的污染，从而可以提高源端和漏端之间石墨烯沟道层载流子迁移率，改善导电性能。本发明专利技术实施例还提供一种石墨烯场效应晶体管。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制造领域，尤其涉及石墨烯场效应晶体管的制作方法。
技术介绍
随着集成电路领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工的极限。半导体业界纷纷提出超越娃技术(Beyond Silicon),其中具有较大开发潜力的石墨烯应运而生。石墨烯(Graphene)是一种单层蜂窝晶体点阵上的碳原子组成的二维晶体，单层石墨烯的厚度约为0.35纳米。实验证明，石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有超导电学性质。石墨烯的理论载流子迁移率可以高达2X105cm2/Vs，是目前硅材料载流子迁移率的10倍左右，并具有常温量子霍尔效应等物理性质，因此，石墨烯自2004年被发现以来已经受到广泛关注，其优越的电学性能使发展石墨烯基的晶体管和集成电路成为可能，并有可能取代硅成为新一代的主流半导体材料。作为新型的半导体材料，石墨烯已经被应用于场效应晶体管中。石墨烯场效应晶体管(Graphene Field-Effect-Transistor,GFET)是利用石墨烯的半导体特性来制成的晶体管，其中，石墨烯用于形成GFET的沟道，如公布号CN102184858A的中国专利申请揭示了一种石墨烯基场效应晶体管，如图1所示，图1是现有技术的石墨烯场效应晶体管的剖面结构示意图。该石墨烯场效应晶体管包括:沟道层16、源端(S) 13、漏端(D) 14、栅介质层12以及栅电极层15。所述沟道层16形成在复合层结构(Si02/Si)上，例如在Si衬底10上生长SiO2薄膜11，沟道层16为石墨烯。源端13和漏端14分别形成在石墨烯沟道层16的两端，其与沟道层16形成电性连接。虽然石墨烯的理论载流子迁移率很高，然而，实验发现，在石墨烯场效应晶体管的基本构造——Si02/Si衬底上，却无法实现如此高的载流子迁移率，多数实验结果显示，载流子迁移率仅为I X 104cm2/Vs左右。有鉴于此，需要一种新的，提高载流子迁移率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供一种，可以提高石墨烯场效应晶体管的载流子迁移率。为此，本专利技术实施例首先提供一种石墨烯场效应晶体管的制作方法，包括:提供衬底，所述衬底上形成有氧化硅层；在所述氧化硅层上形成石墨烯沟道层；在所述石墨烯沟道层的两端上形成源端和漏端；去除源端和漏端之间的部分的氧化硅层，形成具有间隔的氧化硅层；在源端和漏端之间的所述石墨烯沟道层上形成栅结构。可选的，采用湿法腐蚀去除所述氧化硅层。可选的，所述湿法腐蚀采用氢氟酸、氟化铵组成的缓冲腐蚀液。可选的，所述去除氧化硅层的范围介于源端和漏端之间。可选的，所述衬底包括下栅结构，所述下栅结构包括高掺杂硅。可选的，所述在氧化硅层上形成石墨烯沟道层的步骤包括:在氧化硅层上沉积金属氮化物；对金属氮化物进行还原，形成金属层；在金属层上形成石墨烯薄膜；去除金属层。可选的，所述金属层包括铜。可选的，采用化学气相沉积法形成石墨烯薄膜。可选的，所述栅结构包括栅介质层与栅电极层，所述栅电极层、源端和漏端包括镍。可选的，所述栅介质层与石墨烯沟道层之间还形成有成核层，所述成核层是金属氧化物薄膜。可选的，采用ALD工艺形成所述成核层，所述ALD工艺包括采用水作为氧化剂与金属源反应生成金属氧化物薄膜。可选的，所述金属源采用的是铝源。可选的，所述铝源是三甲基铝。本专利技术另一实施例提供一种使用上述方法制作的石墨烯场效应晶体管，包括:衬底，所述衬底上形成有具有间隔的氧化硅层；石墨烯沟道层，横跨具有间隔的相邻氧化硅层上；源端和漏端，分别位于所述石墨烯沟道层的两端上；栅结构，位于源端和漏端之间的所述石墨烯沟道层上。可选的，所述衬底包括下栅结构，所述下栅结构包括高掺杂硅。可选的，所述栅结构包括栅介质层与栅电极层，所述栅电极层、源端和漏端包括镍。可选的，所述栅介质层采用高k介质层材料。可选的，所述栅介质层为Al2O315可选的，所述栅介质层与石墨烯沟道层之间还包括成核层，所述成核层是金属氧化物薄膜。与现有技术相比，本专利技术实施例具有以下优点:通过去除与石墨烯沟道层相接触的氧化硅层，在衬底与石墨烯沟道层之间形成空腔，减小了 OH基团对石墨烯的影响，减轻了 SiO2薄膜对石墨烯带来的“污染”，从而可以提高源端和漏端之间石墨烯沟道层载流子迁移率，改善导电性能。附图说明图1是现有技术的石墨烯场效应晶体管剖面结构示意图；图2是本专利技术一实施例的石墨烯场效应晶体管制作方法的流程示意图；图3 图7是本专利技术一实施例的石墨烯场效应晶体管制作方法的中间结构的剖面结构示意图8是本专利技术一实施例形成石墨烯沟道层的流程示意图。具体实施例方式在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。专利技术人发现石墨烯基场效应晶体管载流子迁移率低的主要原因在于:在制作石墨烯沟道层的过程中SiO2会经受OH基团工艺处理(所谓OH基团处理就是用氧等离子体或者高温热处理脱去SiO2表面的亲水基团)，OH基团和石墨烯以较短的距离相接触，因此OH基团会在石墨烯上诱导出正电荷，从而“污染”石墨烯沟道层，导致沟道层内载流子迁移率劣化。并且，对于厚度以纳米级计的超薄石墨烯沟道层，相邻SiO2薄膜的污染对于石墨烯沟道层载流子迁移率的劣化影响尤其明显。为此，本专利技术提供一种石墨烯场效应晶体管的制作方法。参考图2，图2是本专利技术一实施例的石墨烯场效应晶体管制作方法的流程示意图，该方法包括:步骤S1:提供衬底，所述衬底上形成有氧化硅层；步骤S2:在所述氧化硅层上形成石墨烯沟道层；步骤S3:在所述石墨烯沟道层的两端上形成源端和漏端；步骤S4:去除源端和漏端之间的部分的氧化硅层，形成具有间隔的氧化硅层；步骤S5:在源端和漏端之间的所述石墨烯沟道层上形成栅结构。下面结合图2与图3 图7对本专利技术的石墨烯场效应晶体管的制作方法做详细说明。参考图3和步骤SI,提供衬底10,所述衬底10上形成有氧化娃层11。作为本专利技术的一实施例，衬底10可以是体硅或绝缘体上硅(SOI)，可选的，所述衬底10的半导体材料还可以是应变硅、SiGe, SiC, Ge等。在衬底10上生长SiO2薄膜，构成氧化硅层11。以下为了便于说明，所述形成的氧化硅层11为第一氧化硅层。作为本专利技术的另一实施例，衬底10也可以是形成有半导体器件的体硅或绝缘体上硅(SOI)，例如，衬底10可以是形成有下栅结构的体硅或绝缘体上硅(SOI)。其中，下栅结构例如是高掺杂硅结构。作为本专利技术的优选实施方式，提供一种双栅石墨烯场效应晶体管(dual gateGFET)的制作方法，双栅石墨烯场效应晶体管的石墨烯沟道层位于上栅结构与下栅结构之间，在高掺杂硅衬底10上生长SiO2薄膜，沟道层形成在SiO2薄膜上。以下将以双栅石墨烯场效应晶体管为例详细说明石墨烯场效应晶体管的制作方法。参考图4和步骤S2，在所述第一氧化硅层11上形成石墨烯沟道层16。石墨烯沟道层16形成在第一氧化硅层11上，该石墨烯沟道层16可以是单层或多层结构的石墨烯，优选地，石墨烯沟道层16为包含I 10层结构的石墨烯。石墨烯沟道层16的生长方法可以采用机械剥离法、石墨烯氧化物化学还原法、夕卜延生长法，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底，所述衬底上形成有氧化硅层；在所述氧化硅层上形成石墨烯沟道层；在所述石墨烯沟道层的两端上形成源端和漏端；去除源端和漏端之间的部分的氧化硅层，形成具有间隔的氧化硅层；在源端和漏端之间的所述石墨烯沟道层上形成栅结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，张城龙，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：