[发明专利]微电子结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子制造领域，尤其涉及一种微电子结构及其形成方法。

背景技术

目前，在微电子制造领域愈来越重视石墨烯的应用，以期将具有低电阻率及轻薄结构的石墨烯应用于其中，助于提升微电子组件的电子移动速度跟尺寸的微型化。现有技术中，应用石墨烯制作微电子组件的发展非常迅速，已提出数种模型。首先请参考图1所示的结构示意图，金氧半场效晶体管(MOSFET)1是将制作于硅衬底120上的石墨烯层140作为连结在源极160与漏极150之间的沟道层，以二氧化硅层130作为绝缘层，藉由后栅极110控制沟道层内的电子流通与否。这样的金氧半场效晶体管虽然可以经现今制造工艺做出，但其中具有过大的寄生电容，也无法与其他组件整合制造，所以无法符合工业制造的需求。

另请参考图2及图3，其中图2的金氧半场效晶体管2是以覆盖有二氧化硅230的硅衬底220后表面掺杂形成后栅极210，前表面上以化学剥离法(chemical exfoliation method)或在镍、铜等金属上制作出石墨烯层240，图3的金氧半场效晶体管3是以外延生长(epitaxial growth)技术在碳化硅衬底310上形成石墨烯层330，并氧化形成二氧化硅层320。接着，再制作出上栅极绝缘层及上栅极270、360，并藉由上栅极270、360控制源极260、350与漏极250、340之间是否导通沟道。但由于上栅极形式的金氧半场效晶体管2、3中石墨烯层240、330的能隙不足，导致沟道导通之后无法切断，丧失金氧半场效晶体管的重要功能。

因此，目前亟需要开发应用石墨烯表现其良好组件功能并符合工业制作需求的微电子结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的微电子结构及其形成方法，将石墨烯的卓越超导性质应用于微电子结构中，提升微电子结构的电子特性。

依据本发明的一面向，提供一种微电子结构，包括：一衬底，其上形成一石墨烯层、一第一电极、一第二电极及一第三电极，其中，第一电极及第二电极直接接触该石墨烯层的两端，石墨烯层与衬底之间以一第一绝缘层间隔，第三电极与石墨烯层之间以一第二绝缘层间隔，且石墨烯层具有大于300meV的能隙。

依据本发明的另一面向，提供一种微电子结构的形成方法，包括：在一衬底上原位(in-situ)形成一石墨烯层，此石墨烯层包括至少一层石墨烯结构，且具有大于300meV的能隙；形成一第一绝缘层，使石墨烯层与衬底之间以第一绝缘层间隔；在石墨烯层上形成一第二绝缘层；且在第二绝缘层上形成一第一电极、一第二电极及一第三电极，使第一电极及第二电极直接接触石墨烯层的两端，第三电极与石墨烯层之间以第二绝缘层间隔。

本发明可选择性地变化，在此举例而不限制于：衬底可选择性地采用任何衬底，如微电子衬底；石墨烯层可选择性地包括任意数量层的石墨烯，在此以一层为例；第一绝缘层与第二绝缘层可选择性地选用衬底材质的氧化物或高介电质薄膜等形成，较佳地，第一绝缘层可以是藉由使氧气通过石墨烯层，氧化衬底而形成，第二绝缘层是高介电质薄膜；第一电极、第二电极及第三电极可选择性地均是金属电极。举例来说，若所形成的微电子结构为一双栅极场效晶体管，此第一电极、第二电极及第三电极可分别为源极、漏极和第一栅极，衬底可为第二栅极。

其次，本发明提供的微电子结构的形成方法可于原位形成上述石墨烯层之前额外包括一清洁步骤，此清洁步骤清洁衬底上预定原位形成石墨烯层的一表面。举例来说，清洁步骤可以是使用臭氧清洁，或是使用SiCoNi预清洁处理达成，在此无须限制。

与现有技术相比，本发明提供崭新的微电子结构及其形成方法将石墨烯材料应用于其中，并提升石墨烯材料的能隙，藉此大幅提升微电子结构的电子特性，并且可藉由于制作过程中选择性地加入适当的清洁过程，制作出尺寸与形状一致的石墨烯层，达成量产微电子结构的需求。

附图说明

图1至图3为现有技术中的微电子结构的结构示意图；

图4为依据本发明一实施例的微电子结构的结构示意图；

图5为依据本发明一实施例的微电子结构的另一结构示意图；

图6至图9为依据本发明一实施例的微电子结构在形成过程中的结构示意图；

图10为依据本发明一实施例的微电子结构的形成方法的流程图。

具体实施方式