耦合等离子体)等低温等离子体进行氧或碳氟等离子体放电对所述石墨烯沟道层2进行表面功能化处理或进行等离子体物理吸附，以在所述石墨烯沟道层2的表面形成悬挂键或成核中心，以便后续高k栅介质层5在所述石墨烯沟道层2表面的生长。利用DBD(介质层阻挡放电)、DF-CCP (双频容性親合等离子体)等低温等离子体进行氧或碳氟等离子体放电对所述石墨烯沟道层2进行表面功能化处理或进行等离子体物理吸附可以有效地解决现有工艺中对所述石墨烯沟道层2进行表面处理带来的杂质和缺陷等问题。
[0097]执行S6步骤，请参阅图1中的S6步骤及图8，形成高k栅介质层5，所述高k栅介质层5覆盖所述半导体衬底I正面、石墨烯沟道层2、源电极3及漏电极4裸露的表面。
[0098]作为示例，利用ALD (原子层沉积)工艺形成所述高k栅介质层。
[0099]作为示例，所述高k栅介质层5的材料可以为HfO2, HfLaO, HfLaON, HfS1, HfS1N，HfAlON, HfZrON, HfTaO, HfTaON中一种或几种材料的组合。所述高k栅介质层5的厚度为3 ?7nm0
[0100]作为示例，所述高k栅介质层5将裸露的所述半导体衬底I正面、石墨烯沟道层2、源电极3及漏电极4完全覆盖。
[0101]执行S7步骤，请参阅图1中的S7步骤及图9，在所述源电极3及漏电极4之间的所述高k栅介质层5上形成第一栅电极6。
[0102]作为示例，在所述源电极3及漏电极4之间的所述高k栅介质层5上形成第一栅电极6的步骤包括:
[0103]S71:采用电子束光刻工艺在所述高k栅介质层5的表面定义出第一栅电极区域；
[0104]S72:利用电子束蒸发或溅射法在所述第一栅电极区域淀积金属层；
[0105]S73:将步骤S72得到的样品放入丙酮中，剥离去除多余的所述金属层，以在所述源电极3及漏电极4之间的所述高k栅介质层5上形成第一栅电极6。
[0106]作为示例，所述第一栅电极6的材料为T1、Al、Au、Cu、Pt、TiN或TaN中一种或者几种材料的组合；优选地，本实施例中，所述第一栅电极6的材料为Ti/Au，其中，所述Ti的厚度为5nm，Au的厚度为10nm0
[0107]执行S8步骤，请参阅图1中的S8步骤及图10，在所述半导体衬底I的背面形成第二栅电极7。
[0108]作为示例，利用电子束蒸发或溅射法在所述半导体衬底I的背面淀积金属层作为所述第二栅电极7。
[0109]作为示例，所述第二栅电极7的材料为T1、Al、Au、Cu、Pt、TiN或TaN中一种或者几种材料的组合；优选地，本实施例中，所述第二栅电极7的材料为Ti/Au，其中，所述Ti的厚度为5nm，Au的厚度为10nm0
[0110]在所述半导体衬底I的正面和背面同时制备所述第一栅电极6及所述第二栅电极7，所述第一栅电极6及所述第二栅电极7同时调制石墨烯材料的电学性能，使得该方法制备的双栅双极石墨烯场效应晶体管具备更加优异的开断性能，更高的载流子迀移率以及更小的栅漏电流。
[0111]综上所述，本发明提供一种双栅双极石墨烯场效应晶体管及其制作方法，在制造双栅双极石墨烯场效应晶体管的过程中，直接将石墨烯附着于所需的衬底上，无需进行繁琐的转移，避免了对石墨烯结构造成破坏和杂质污染；设置第一栅电极与第二栅电极同时调制石墨烯材料的电学性能，使得该方法制备的双栅双极石墨烯场效应晶体管具备更加优异的开断性能，更高的载流子迀移率以及更小的栅漏电流；工艺流程简单，成本经济，适合基于石墨烯场效应晶体管的大规模生产。
[0112]上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明，例如，本发明也可以采用三外延层或多外延层。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
【主权项】
1.一种双栅双极石墨烯场效应晶体管，其特征在于，所述双栅双极石墨烯场效应晶体管包括: 半导体衬底； 石墨烯沟道层，位于所述半导体衬底的正面； 源电极及漏电极，间隔地分布于所述石墨烯沟道层上； 高k栅介质层，覆盖于所述半导体衬底正面、石墨烯沟道层、源电极及漏电极裸露的表面上； 第一栅电极，位于所述源电极及漏电极之间的所述高k栅介质层上； 第二栅电极，位于所述半导体衬底的背面。
2.根据权利要求1所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管，其特征在于:所述半导体衬底为6H-SiC基片；所述半导体衬底包括Si层及位于所述Si层上的SiC层，所述石墨烯沟道层位于所述SiC层的表面。
3.根据权利要求1所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管，其特征在于:所述石墨烯沟道层为经过表面功能化处理或等离子体物理吸附的石墨烯沟道层。
4.一种双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于，包括步骤: 提供半导体衬底，对所述半导体衬底进行清洗； 预刻蚀所述半导体衬底的正面，将预刻蚀后的所述半导体衬底进行退火处理，以在所述半导体衬底的正面形成石墨烯沟道层； 在所述石墨烯沟道层上形成源电极及漏电极； 去除所述源电极及漏电极外围的所述石墨烯沟道层； 对所述石墨烯沟道层进行表面功能化处理或等离子体物理吸附； 形成高k栅介质层，所述高k栅介质层覆盖所述半导体衬底正面、石墨烯沟道层、源电极及漏电极裸露的表面； 在所述源电极及漏电极之间的所述高k栅介质层上形成第一栅电极； 在所述半导体衬底的背面形成第二栅电极。
5.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:所述半导体衬底为6H-SiC基片，所述半导体衬底包括Si层及位于所述Si层上的SiC层。
6.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:对所述半导体衬底进行清洗的步骤包括: 利用含盐酸的过氧化氢溶液对所述半导体衬底进行酸性氧化超声波清洗； 利用去离子水对所述半导体衬底进行第一漂洗； 利用含胺的碱性过氧化氢溶液对所述半导体衬底进行碱性氧化超声波清洗； 利用去离子水对所述半导体衬底进行第二次漂洗； 将清洗后的所述半导体衬底烘干。
7.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:利用双频容性耦合等离子体对所述半导体衬底的正面进行预刻蚀；刻蚀气体为C4F8及Ar，刻蚀气体的流量为C4F8:5?15sccm，Ar:0.1?1.0sccm ;刻蚀时间为I?10分钟。
8.根据权利要求7所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:刻蚀气体的流量为C4F8:10sccm，Ar:0.5sccm ;刻蚀时间为5分钟。
9.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:在Ar气氛下对预刻蚀后的所述半导体衬底进行退火处理，退火温度为700?1000°C ;退火时间为15?25分钟。
10.根据权利要求9所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:退火温度为800 °C或950 °C ;退火时间为20分钟。
11.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:利用氧等离子体刻蚀去除所述源电极及漏电极外围的所述石墨烯沟道层。
12.根据权利要求4所述的双栅双极石墨烯场效应晶体管的制作方法，其特征在于:利用原子层沉积工艺形成所述高k栅介质层。
【专利摘要】本发明提供一种双栅双极石墨烯场效应晶体管及其制作方法，包括：提供半导体衬底； 在半导体衬底的正面形成石墨烯沟道层；在石墨烯沟道层上形成源电极及漏电极；去除源电极及漏电极外围的石墨烯沟道层；对石墨烯沟道层进行表面功能化处理或等离子体物理吸附；形成高k栅介质层；在源电极及漏电极之间的高k栅介质层上形成第一栅电极；在半导体衬底的背面形成第二栅电极。直接将石墨烯附着于所需的衬底上，无需进行繁琐的转移，避免了对石墨烯结构造成破坏和杂质污染；该方法制备的双栅双极石墨烯场效应晶体管具备更加优异的开断性能，更高的载流子迁移率以及更小的栅漏电流；工艺流程简单，成本经济，适合基于石墨烯场效应晶体管的大规模生产。
【IPC分类】H01L29-78, H01L21-04
【公开号】CN104716191
【申请号】CN201510131999
【发明人】陈静, 杨燕, 罗杰馨, 柴展
【申请人】中国科学院上海微系统与信息技术研究所
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月24日