本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別是涉及一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法。

背景技術：

由于石墨烯具有高遷移率的特性，業(yè)界已經(jīng)開始將石墨烯應用于半導體器件的制作。目前石墨烯晶體管的制造方法一般是采用液相涂膜或轉(zhuǎn)移的方法將石墨烯薄膜形成于玻璃襯底上。然而，此方法的缺點在于，石墨烯薄膜與玻璃襯底之間的接口經(jīng)常會發(fā)生污染，從而嚴重影響石墨烯晶體管的性能。此外，目前石墨烯晶體管的制造方法由于操作繁復、成本較高、產(chǎn)率也較低，因此難以滿足大規(guī)模應用的需求。有鑒于此，目前有需要發(fā)展一種改良的石墨烯晶體管的制造方法。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法，可以避免在制作過程中受到污染，從而提高石墨烯晶體管的性能。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的一個實施例提供一種石墨烯場效應晶體管的制造方法，包括：提供一玻璃襯底；原位清洗該玻璃襯底；加熱該玻璃襯底至攝氏600度～1200度；直接在該玻璃襯底的表面生長至少一石墨烯層；以及在該至少一石墨烯層的表面形成一高介電常數(shù)材料層，且該高介電常數(shù)材料層的介電常數(shù)的范圍為3.0～30。

本發(fā)明的一個實施例提供一種石墨烯場效應晶體管，包括：一玻璃襯底；至少一石墨烯層，該至少一石墨烯層設于該玻璃襯底的表面；一高介電常數(shù)材料層，該高介電常數(shù)材料層設于該至少一石墨烯層的表面，且該高介電常數(shù)材料層的介電常數(shù)的范圍為3.0～30；一源極及一漏極，該源極與該漏極設于該至 少一石墨烯層的表面；以及一柵極，該柵極設于該高介電常數(shù)材料層的表面。

附圖說明

圖1為本發(fā)明提供的石墨烯場效應晶體管的制造方法的流程圖；

圖2a-圖2f為本發(fā)明中制造石墨烯場效應晶體管過程中器件結構的剖視圖。

其中，100襯底102、106、110、118表面103玻璃襯底104介電層108石墨烯層112高介電常數(shù)材料層114源極116漏極120柵極

具體實施方式

下面將結合示意圖對本發(fā)明的石墨烯場效應晶體管及其制造方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

請參考圖1，本發(fā)明一實施例提供一種石墨烯場效應晶體管的制造方法，包括下列步驟：

s101：提供一玻璃襯底；

s102：以臭氧或鎳鈷化硅(siconi)原位清洗玻璃襯底；

s103：加熱玻璃襯底至攝氏600度～1200度，使得玻璃襯底的表面以熔融狀態(tài)存在；

s104：直接在該玻璃襯底的表面生長至少一石墨烯層；

s105：在該至少一石墨烯層的表面形成一高介電常數(shù)材料層，且該高介電常數(shù)材料層的介電常數(shù)的范圍為3.0～30，該高介電常數(shù)材料層的材料例如為氮 化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其組合。在該至少一石墨烯層的表面形成形成該高介電常數(shù)材料層的方式包含有化學氣相沉積法(chemicalvapordeposition)、原子沉積法(atomiclayerdeposition)或金屬有機化學氣相沉積法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)；

s106：蝕刻該高介電常數(shù)材料層的一部分；

s107：在該石墨烯層的表面分別形成一源極以及一漏極，以及在該高介電常數(shù)材料層的表面形成一柵極。

為了更具體地闡述石墨烯場效應晶體管的制造方法，請參照圖2a至圖2f，圖2a-圖2f為本發(fā)明中制造石墨烯場效應晶體管過程中器件結構的剖視圖。

首先，請參考圖2a，制備一硅層100。

接下來，請參考圖2b，在硅層100的表面102沉積一厚度介于2nm～100nm的介電層104，硅層100與介電層104的組合形成一玻璃襯底103。介電層104的材料可使用二氧化硅或高介電常數(shù)材料，其中高介電常數(shù)材料的介電常數(shù)范圍為2.0～30，例如有氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其組合。沉積介電層104于硅層100的方式包含有化學氣相沉積法(chemicalvapordeposition)、原子沉積法(atomiclayerdeposition)或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)。在其他實施例中，玻璃襯底103為一整塊玻璃。

接著，以臭氧或鎳鈷化硅(siconi)原位清洗玻璃襯底103，并且加熱玻璃襯底103至攝氏600度～1200度，使得玻璃襯底103的介電層104以熔融狀態(tài)存在。

接著，請參考圖2c，在熔融態(tài)的介電層104的表面106直接生長一石墨烯層108，其中石墨烯層108的能隙(bandgap)大于300mev。

請參考圖2d，在石墨烯層108的表面110沉積一高介電常數(shù)材料層112，且高介電常數(shù)材料層112的介電常數(shù)的范圍為3.0～30，高介電常數(shù)材料層112的材料例如有氮化硅、氮氧化硅、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其組合。在石墨烯層108的表面沉積高介電常數(shù)材料層112的方式包含化學氣相沉積法(chemicalvapordeposition)、原子沉積法(atomiclayerdeposition)或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(metal-organicchemicalvapordepositionepitaxy)。

接下來，請參考圖2e，蝕刻高介電常數(shù)材料層112的一部分。

接著，請參考圖2f，分別在蝕刻后的高介電常數(shù)材料層112的兩側(cè)以及石墨烯層108的表面110分別形成一源極114以及一漏極116，以及在高介電常數(shù)材料層112的表面118形成一金屬的柵極120。

本發(fā)明所提供的石墨烯場效應晶體管的制造方法，原位清洗玻璃襯底之后，接著將玻璃襯底加熱至攝氏600度～1200度，使得玻璃襯底的表面以熔融狀態(tài)存在。由于熔融狀態(tài)的表面的平整度較高并且各向同性，于是石墨烯層能夠均勻地生長在玻璃襯底的表面，從而避免玻璃襯底與石墨烯層之間的接觸面受到污染，進而提升石墨烯場效應晶體管的效能。此外，相較于目前石墨烯晶體管的制作方法，本發(fā)明所提供的方法，操作較為簡易、成本較低、產(chǎn)率也較高，因此可以滿足大規(guī)模應用的需求。

顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。

技術特征：

技術總結
本發(fā)明揭示了一種石墨烯場效應晶體管的制造方法。包括：提供一玻璃襯底；原位清洗該玻璃襯底；加熱該玻璃襯底至攝氏600度～1200度；直接在該玻璃襯底的表面生長至少一石墨烯層；以及在該石墨烯層的表面沉積一高介電常數(shù)材料層。

技術研發(fā)人員：肖德元
受保護的技術使用者：上海新昇半導體科技有限公司
技術研發(fā)日：2016.03.24
技術公布日：2017.10.03