[发明专利]石墨烯器件用的具有低等效氧化物厚度的双层栅极电介质

权利要求书

1.一种半导体结构，包括：

石墨烯层，其位于基础基板的最上表面上；以及

双层栅极电介质，其位于所述石墨烯层的最上表面上，其中所述双层栅极电介质从底部到顶部包括氮化硅层和HfO₂层，其中所述氮化硅层和所述HfO₂连续地存在于所述石墨烯层的最上表面的顶上。

2.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述基础基板是半导体材料、电介质材料、导电材料或其组合。

3.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述基础基板由SiC构成。

4.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述氮化硅层具有从1nm到15nm的厚度。

5.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述HfO₂具有从2nm到500nm的厚度。

6.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述石墨烯层与下伏的基础基板具有外延关系。

7.如权利要求1所述的半导体结构，其中所述氮化硅层是拉伸的氮化硅层。

8.一种半导体器件，包括：

基础基板，其具有最上表面；以及

包含石墨烯的半导体器件，其位于所述基础基板的最上表面上，其中所述包含石墨烯的半导体器件包括位于所述基础基板的所述最上表面上的石墨烯层以及位于所述石墨烯层的最上表面上的双层栅极电介质，其中所述双层栅极电介质从底部到顶部包括氮化硅层和HfO₂层，且其中所述氮化硅层和所述HfO₂连续地存在于所述石墨烯层的最上表面的顶上。

9.如权利要求8所述的半导体器件，其中所述包含石墨烯的半导体器件是场效应晶体管，且其中所述石墨烯层的至少一部分用作所述场效应晶体管的沟道。

10.如权利要求9所述的半导体器件，还包括与所述石墨烯层的一部分接触的源极区域以及与所述石墨烯层的另一部分接触的漏极区域。

11.如权利要求10所述的半导体器件，还包括位于所述HfO₂层的最上表面的顶上且位于所述源极区域与所述漏极区域之间的栅极导体。

12.如权利要求11所述的半导体器件，其中所述双层栅极电介质的一部分位于所述源极区域的侧壁和上表面上，且所述双层栅极电介质的另一部分位于所述漏极区域的侧壁和上表面上。

13.如权利要求10所述的半导体器件，其中所述源极区域的一部分位于所述石墨烯层的最上表面的一部分上，且所述漏极区域的一部分位于所述石墨烯层的最上表面的另一部分上。

14.如权利要求10所述的半导体器件，其中所述源极区域的最外垂直侧壁部分与所述石墨烯层的外部垂直侧壁部分直接接触，且所述漏极区域的最外垂直侧壁部分与所述石墨烯层的另一外部垂直侧壁部分直接接触。

15.如权利要求8所述的半导体器件，其中所述基础基板是半导体材料、电介质材料、导电材料或其组合。

16.如权利要求8所述的半导体器件，其中所述基础基板由SiC构成。

17.一种方法，包括：

在基础基板的最上表面上设置石墨烯层；

在所述石墨烯层的最上表面上形成氮化硅层；以及

在所述氮化硅层的最上表面上形成HfO₂层，其中所述氮化硅层和所述HfO₂连续地存在于所述石墨烯层的最上表面的顶上。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述设置石墨烯层包括外延生长。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述外延生长包括在稀释的含硅环境中执行第一退火，并在1400℃到2000℃的温度下在惰性环境中执行第二退火。

20.如权利要求18所述的方法，其中所述外延生长包括在含氢环境中执行第一退火并在从1400℃到2000℃的温度下在惰性环境中执行第二退火。

21.如权利要求19的方法，还包括在所述第一退火的温度与所述第二退火的温度之间的中间温度下在另一稀释的含硅环境中执行中间退火。