[发明专利]石墨烯场效应晶体管及其制作方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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硅技术(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2×10⁵cm²/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(SiO₂/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——SiO₂/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1×10⁴cm²/Vs左右。

有鉴于此，需要一种新的石墨烯场效应晶体管及其制作方法，提高载流子迁移率。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种石墨烯场效应晶体管及其制作方法，可以提高石墨烯场效应晶体管的载流子迁移率。

为此，本发明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。

本发明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。