[发明专利]一种悬浮石墨烯‑硅异质结晶体管结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子技术领域，尤其涉及一种悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构及其制造方法。

背景技术

随着晶体管特征尺寸的缩小，由于短沟道效应等物理规律和制造成本的限制，主流硅基材料与CMOS技术正发展到10纳米工艺节点而很难继续提升。目前，以碳材料为基的纳米电子学得到了广泛的关注，尤其是随着石墨烯材料的发现，石墨烯的超高电子迁移率以及电子饱和速度被认为是可替代硅的下一代集成电路新材料。

但是，在石墨烯场效应器件的发展过程中，由于石墨烯本身缺乏禁带，使得器件开关电流比值较小，同时石墨烯材料与金属之间的欧姆接触电阻较大，阻碍了晶体管性能的提升。另外，由于石墨烯超薄的材料特性，十分容易受到背部基板的散射影响，石墨烯材料与基本材料的接触散射在很大程度上制约了石墨烯的载流子迁移率。以上因素使得石墨烯不能很好地应用于数字电路设计。因此，为有效提高石墨烯器件电流开关比，避免基板散射对石墨烯载流子迁移率的限制，亟需设计一种新型晶体管结构及其制造方法。

发明内容

本发明提供的悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构及其制造方法，能够有效解决现有技术中存在的问题，提高石墨烯器件的电流开关比和载流子的迁移率，从而改善器件的整体性能。

第一方面，本发明提供一种悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构，包括：

基板；

形成于所述基板上的源漏区域；

形成于所述源漏区域之间的沟道沟槽；

形成于所述源漏区域中的重掺杂欧姆接触区域；

形成于所述重掺杂欧姆接触区域上方的源漏电极；

其中所述悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构还包括石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜位于所述沟道沟槽的上方，与部分所述源漏区域接触形成异质结，且在所述石墨烯薄膜上形成有栅介质层和栅极电极。

可选地，上述源漏区域的掺杂类型与所述基板不同，所述重掺杂欧姆接触区域与所述源漏区域的掺杂类型相同。

可选地，上述沟道沟槽的深度小于所述源漏区域的掺杂深度。

可选地，上述源漏电极下方填充有绝缘介质。

可选地，上述石墨烯薄膜通过化学气相沉积法生长并转移到所述基板上。

可选地，上述石墨烯薄膜不能完全覆盖所述沟槽。

可选地，上述栅介质层为高K材料。

可选地，上述高K材料包括Si₃N₄、Al₂O₃、HfO₂、TiO₂或者Y₂O₃的一种或多种的组合。

另一方面，本发明提供一种上述悬浮石墨烯-硅异质结晶体管的制备方法，其中包括：

步骤一：提供基板，并在所述基板上形成源漏区域以及重掺杂源漏欧姆接触区域；

步骤二：在所述基板上刻蚀沟槽并进行介质回填和平整化处理；

步骤三：将石墨烯薄膜转移到所述基板上，并对所述石墨烯薄膜进行图形化处理；

步骤四：在所述石墨烯薄膜上形成栅介质层和栅极电极，并在重掺杂源漏欧姆接触区域上方形成源漏极电极；

步骤五：对所述栅极电极下方的沟槽内的介质进行刻蚀并形成空隙。

可选地，上述步骤二包括在所述源漏区域之间的沟道区、源极PAD、漏极PAD和栅极PAD区域刻蚀相同深度的沟槽。

可选地，上述步骤二还包括通过热氧化或者化学气相沉积工艺实现介质回填，并采用化学机械抛光工艺进行平整化处理。

可选地，上述石墨烯薄膜的图形化处理通过光刻和/或刻蚀工艺实现。

可选地，上述栅介质层可以通过无机或有机种子层形成所述栅介质层。

可选地，上述步骤五包括对所述栅极电极下方的沟槽内的介质进行湿法刻蚀。

本发明提供的悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构及其制造方法，能够通过引入石墨烯-硅异质结以及悬浮石墨烯两种结构来改善石墨烯场效应晶体管的电流开关比，并且抑制基板散射，提升载流子迁移率，有效提高晶体管器件的性能。

附图说明

图1为本发明一实施例的悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构示意图；

图2为本发明一实施例的悬浮石墨烯-硅异质结晶体管结构顶视图；

图3a-3l为本发明一实施例的悬浮石墨烯-硅异质结晶体管制备方法的步骤示意图；