[发明专利]硅栅石墨烯/黑磷晶体管及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件技术。

背景技术

硅集成电路技术发展至今，全世界数以万亿美元计的设备和科技投入，己使集成电路工艺形成非常强大的产业能力。同时，长期的科研投入已使人们对硅及其衍生物各种属性的了解达到十分深入、十分透彻的地步，成为自然界100多种元素之最，这是非常宝贵的知识积累。

近几年来，第4代移动通信、移动通信手机、高速无线互联网、Bluetooth以及利用MPGE标准实现无线视频图像传输的卫星电视服务等技术风起云涌，无线通信技术得到了飞跃发展。快速增长的无线通信市场的巨大需求也造成了对射频集成电路的需求。原来的混合电路由于不能满足低成本、低功耗和高容量的要求，而必然要被集成度越来越高的集成电路所取代，并最终形成单元射频收发机芯片。近来研发的石墨烯/黑磷晶体管在射频功率器件领域也有着广阔的应用前景。

专利“一种基于栅介质结构的石墨烯场效应器件及其制备方法”(专利号201210461745.9)中提出了一种石墨烯器件结构，该器件采用衬底沟槽中填充的金属Al作为栅电极，使用Al₂O₃和BN复合薄膜层构成石墨烯晶体管的栅介质。这样形成石墨烯晶体管结构的主要缺点是与传统CMOS工艺不兼容，不利于与半导体器件集成，采用传统的材料淀积方法向较窄的衬底沟槽中填充材料时会遇到较大的困难。

发明内容

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种能够充分发挥石墨烯/黑磷薄膜的性能的硅栅石墨烯/黑磷晶体管及制备方法。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，硅栅石墨烯/黑磷晶体管，包括衬底、栅电极、栅介质、源电极和漏电极，其特征在于，衬底上设置有隔离氧化硅层，隔离氧化硅层上设置有氧化硅槽，在氧化硅槽内设置有栅电极和栅介质，基底表面上设置有石墨烯/黑磷层，在石墨烯/黑磷层上方设置有源电极和漏电极。

进一步的，所述栅电极为多晶硅，或者多晶硅与耐熔金属的重叠组合，或者为耐熔金属硅化物。所述耐熔金属为钛、钼、钴等等。所述源电极、漏电极和石墨烯/黑磷的表面上设置有钝化层。

本发明还提供一种硅栅石墨烯/黑磷晶体管的制备方法，包括下述步骤：

a、在衬底上形成隔离氧化硅层；

b、在隔离氧化硅层的上表面上制作氧化硅槽；

c、在氧化硅槽中填充栅电极材料；

e、对填充的栅电极材料作表面平坦化处理直至露出隔离氧化硅层；

f、对氧化硅槽中的栅电极作热处理，在栅电极表面形成薄层氧化硅作为栅介质；

g、在隔离氧化硅层的上表面和氧化硅槽的填充物表面设置石墨烯/黑磷薄膜，并图形化石墨烯/黑磷薄膜；

h、在石墨烯/黑磷薄膜表面形成源电极和漏电极；

i、在源电极、漏电极和石墨烯/黑磷的表面设置钝化层。

步骤c中，栅电极为多晶硅，或者多晶硅与耐熔金属的复合层，或者耐熔金属硅化物。

本发明的优势在于，一是易于控制，工艺重复性好，且与传统半导体硅工艺兼容，二是轻易获得良好的栅介质质量，三是容易实现较窄沟槽的填充，四是具有大规模集成的应用潜力，五是最大程度的保证石墨烯/黑磷薄膜的性能。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图。

图2是实施例2的结构示意图，其栅电极为耐熔金属与多晶硅复合层。

图3是实施例3的结构示意图，其栅电极为耐熔金属硅化物。

图4是实施例4的结构示意图，其使用钝化层对所形成的晶体管进行保护。

图5是本发明的晶体管与CMOS集成电路集成结构示意图。

标号说明

1衬底

2隔离氧化硅

3多晶硅

4栅介质

5石墨烯或黑磷

6源电极

7漏电极

8耐熔金属

9耐熔金属硅化物栅电极

10钝化层

11CMOS器件

具体实施方式

本发明使用与半导体硅工艺兼容的多晶硅作为石墨烯/黑磷晶体管的栅电极，并使用多晶硅表面热氧化形成质量很好的氧化硅作为石墨烯/黑磷晶体管的栅介质。将石墨烯/黑磷晶体管的多晶硅栅电极置于二氧化硅槽内，从而提供优良的石墨烯/黑磷薄膜平面载体，与顶栅结构相比，使石墨烯/黑磷材料的性能受到最小程度的影响。