TWI608116B - 石墨烯場效電晶體及其製造方法 - Google Patents
石墨烯場效電晶體及其製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- TWI608116B TWI608116B TW105124833A TW105124833A TWI608116B TW I608116 B TWI608116 B TW I608116B TW 105124833 A TW105124833 A TW 105124833A TW 105124833 A TW105124833 A TW 105124833A TW I608116 B TWI608116 B TW I608116B
- Authority
- TW
- Taiwan
- Prior art keywords
- layer
- graphene
- field effect
- effect transistor
- glass substrate
- Prior art date
Links
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 61
- 229910021389 graphene Inorganic materials 0.000 title claims description 59
- 230000005669 field effect Effects 0.000 title claims description 23
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 15
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 37
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 35
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 34
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 14
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 claims description 6
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 6
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 5
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N tantalum nitride Chemical compound [Ta]#N MZLGASXMSKOWSE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000000231 atomic layer deposition Methods 0.000 claims description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N germanium dioxide Chemical compound O=[Ge]=O YBMRDBCBODYGJE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);zirconium(4+) Chemical compound [O-2].[O-2].[Zr+4] RVTZCBVAJQQJTK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 3
- LAXKNNCYZIEICS-UHFFFAOYSA-N [Co].[Ni].[Ru] Chemical compound [Co].[Ni].[Ru] LAXKNNCYZIEICS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001336 alkenes Chemical class 0.000 claims description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 2
- 229940119177 germanium dioxide Drugs 0.000 claims description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 2
- JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N olefin Natural products CCCCCCCC=C JRZJOMJEPLMPRA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 229910000449 hafnium oxide Inorganic materials 0.000 claims 2
- WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N hafnium(4+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[Hf+4] WIHZLLGSGQNAGK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 2
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000420 cerium oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoceriooxy)cerium Chemical compound [Ce]=O.O=[Ce]=O BMMGVYCKOGBVEV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- KWCAOBICSFOHHE-UHFFFAOYSA-N nickel ruthenium trihydride Chemical compound [Ni].[RuH3] KWCAOBICSFOHHE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
- H01L21/283—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
- H01L21/285—Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1606—Graphene
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
- H01L29/66409—Unipolar field-effect transistors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
- Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
Description
本發明有關於一種半導體元件及其製造方法，尤指一種石墨烯場效電晶體及其製造方法。
由於石墨烯具有高遷移率的特性，許多業界已經將石墨烯應用於半導體元件的製作。目前石墨烯電晶體的製作方式一般是採用液相塗膜或轉移的方法將石墨烯薄膜形成於玻璃基板之上。然而，此方法的缺點在於，石墨烯薄膜與玻璃基板之間的介面經常會發生污染，從而嚴重影響石墨烯電晶體的性能。此外，目前石墨烯電晶體的製作方法也由於操作繁復、成本較高、產率也較低，因此難以滿足大規模應用的需求。有鑑於此，目前有需要發展一種改良的石墨烯電晶體的製造方法。
本發明提供一種石墨烯場效電晶體及其製造方法，可以避免在製作過程中受到污染，相對地提高了石墨烯電晶體的效能。
本發明的一實施例提供一種石墨烯場效電晶體的製造方法，包括：提供一玻璃基板；原位清洗該玻璃基板；加熱該玻璃基板至攝氏600度~1200度；直接地生長至少一石墨烯層於該玻璃基板之表面；以及形成一高介電係數材料層於該至少一石墨烯層之表面，而該高介電係數材料層的介電係數的範圍為3.0~30。
本發明的一實施例提供一種石墨烯場效電晶體，包括：一玻璃基板；至少一石墨烯層，該至少一石墨烯層設於該玻璃基板之表面；一高介電係數材料層，該高介電係數材料層設於該至少一石墨烯層之表面，而該高介電係數材料層的介電係數的範圍為3.0~30；一源極及一汲極，該源
極與該汲極設於該至少一石墨烯層之表面；以及一閘極，該閘極設於該高介電係數材料層之表面。
100‧‧‧基板
102、106、110、118‧‧‧表面
103‧‧‧玻璃基板
104‧‧‧介電層
108‧‧‧石墨烯層
112‧‧‧高介電係數材料層
114‧‧‧源極
116‧‧‧汲極
120‧‧‧閘極
第1圖為繪示本發明提供的石墨烯場效電晶體的製造方法的流程圖。
第2A圖-第2F圖為繪示製造石墨烯場效電晶體的剖視圖。
下面結合說明書附圖和優選實施例對本發明作進一步的描述，但本發明的實施方式不限於此。
參閱第1圖，提供一實施例的石墨烯場效電晶體的製造方法，包括下列步驟：
S101：提供一玻璃基板。
S102：以臭氧或鎳鈷化矽(SiCoNi)原位清洗玻璃基板。
S103：加熱玻璃基板至攝氏600度~1200度，使得玻璃基板之表面以熔融狀態存在。
S104：直接生長至少一石墨烯層於玻璃基板之表面。
S105：形成一高介電係數材料層於至少一石墨烯層之表面，而高介電係數材料層的介電係數的範圍為3.0~30，例如氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其组合。形成高介電係數材料層於石墨烯層之方式包含有化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)、原子沉積法(Atomic Layer Deposition)、或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Epitaxy)。
S106：蝕刻部分的第二介電層。
S107：於石墨烯層之表面分別形成一源極以及一汲極，以及於高介電係數材料層之表面形成一閘極。
為了更具體地闡述第1圖的石墨烯場效電晶體的製造方法，請參照第2A圖至第2F圖，為提供本發明一實施例所提供的石墨烯場效電晶體的剖視圖。
首先，參照第2A圖，製備一矽層100。
接下來，參照第2B圖，於矽層100之表面102沉積一厚度介於2nm~100nm的介電層104，矽層100與介電層104之組合形成一玻璃基板103。介電層104的材料可使用二氧化矽或高介電係數材料，其中高介電係數材料的介電係數範圍為2.0~30，例如有氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其组合。沉積介電層104於矽層100的方式包含有化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)、原子沉積法(Atomic Layer Deposition)、或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Epitaxy)。在其他實施例中，玻璃基板103為一整塊玻璃。
接著，以臭氧或鎳鈷化矽(SiCoNi)原位清洗玻璃基板103，並且加熱玻璃基板103至攝氏600度~1200度，使得玻璃基板103的介電層104以熔融狀態存在。
接著，參照第2C圖，於熔融態的介電層104之表面106直接生長一石墨烯層108，其中石墨烯層108的能隙(band gap)大於300meV。
參照第2D圖，於石墨烯層108之表面110沉積一高介電係數材料層112，而高介電係數材料層112的介電係數的範圍為3.0~30，例如有氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、或二氧化鉿或其组合。沉積高介電係數材料層112於石墨烯層108的方式包含化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)、原子沉積法(Atomic Layer Deposition)、或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Epitaxy)。
接下來，參照第2E圖，蝕刻部分的高介電係數材料層112。
接著，參照第2F圖，分別於蝕刻後的高介電係數材料層112之兩側以及石墨烯層108之表面110分別形成一源極114以及一汲極116，以及於高介電係數材料層112之表面118形成一金屬的閘極120。
本發明所提供的石墨烯場效電晶體的製造方法，原位清洗玻璃基板之後，接著將玻璃基板加熱至攝氏600度~1200度，使得玻璃基板的表面以熔融狀態存在。由於熔融狀態的表面的平整度較高並且各向同性，於是石墨烯層能夠均勻地生長於玻璃基板的表面，相對地避免玻璃基板與石墨烯層之間的接觸面受到污染，進而提升石墨烯場效電晶體的效能。此
外，相較於目前石墨烯電晶體的製作方法，本發明所提供的方法，操作較為簡易、成本較低、產率也較高，因此可以滿足大規模應用的需求。
由以上所揭露的僅為本發明的優選實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利範圍，因此依本發明申請專利範圍所作的等同變化，仍屬本發明所涵蓋的範圍。
流程圖無符號標示
Claims (11)
- 一種石墨烯場效電晶體的製造方法，包括：提供一玻璃基板；原位清洗該玻璃基板；加熱該玻璃基板至攝氏600度~1200度；直接地生長至少一石墨烯層於該玻璃基板之表面；以及形成一高介電係數材料層於該至少一石墨烯層之表面，而該高介電係數材料層的介電係數的範圍為3.0~30。
- 如請求項1所述的石墨烯場效電晶體的製造方法，其中原位清洗該玻璃基板採用臭氧或鎳鈷化矽(SiCoNi)。
- 如請求項1所述的石墨烯場效電晶體的製造方法，其中該高介電係數材料層所使用的材料包含有氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鉿或其组合。
- 如請求項1所述的石墨烯場效電晶體的製造方法，其中該高介電係數材料層形成於該至少一石墨烯層之步驟採用化學氣相沉積法(Chemical Vapor Deposition)、原子沉積法(Atomic Layer Deposition)、或金屬有機化學氣相沉積磊晶法(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition Epitaxy)。
- 如請求項1所述的石墨烯場效電晶體的製造方法，更包括在形成該高介電係數材料層於該至少一石墨烯層之表面之後，蝕刻部分的該高介電係數材料層。
- 如請求項5所述的石墨烯場效電晶體的製造方法，更包括在蝕刻部分的該高介電係數材料層之後，於該至少一石墨烯層之表面分別形成一源極與一汲極，以及於該高介電係數材料層之表面形成一閘極。
- 一種石墨烯場效電晶體，包括：一玻璃基板；至少一石墨烯層，該至少一石墨烯層設於該玻璃基板之表面；一高介電係數材料層，該高介電係數材料層設於該至少一石墨烯層之表面，而該高介電係數材料層的介電係數的範圍為3.0~30；一源極及一汲極，該源極與該汲極設於該至少一石墨烯層之表面；以及一閘極，該閘極設於該高介電係數材料層之表面。
- 如請求項7所述的石墨烯場效電晶體，其中該玻璃基板包含一矽層以及一介電層，該介電層的材料包含有二氧化矽或高介電係數材料。
- 如請求項7所述的石墨烯場效電晶體，其中該玻璃基板為一整塊玻璃。
- 如請求項7所述的石墨烯場效電晶體，其中該至少一石墨烯層的能隙大於300meV。
- 如請求項7所述的石墨烯場效電晶體，其中該高介電係數材料層所使用的材料包含有氮化矽、氮氧化矽、氧化鋁、氧化鋯、二氧化鉿或其组合。
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201610173589.4A CN107230724A (zh) | 2016-03-24 | 2016-03-24 | 石墨烯场效应晶体管及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| TW201734245A TW201734245A (zh) | 2017-10-01 |
| TWI608116B true TWI608116B (zh) | 2017-12-11 |
Family
ID=59931851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| TW105124833A TWI608116B (zh) | 2016-03-24 | 2016-08-04 | 石墨烯場效電晶體及其製造方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107230724A (zh) |
| TW (1) | TWI608116B (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI677099B (zh) * | 2019-05-17 | 2019-11-11 | 崑山科技大學 | 用於骨傳導裝置的石墨烯電晶體 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201413963A (zh) * | 2012-07-27 | 2014-04-01 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | 石墨烯電晶體及其製造方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8344358B2 (en) * | 2010-09-07 | 2013-01-01 | International Business Machines Corporation | Graphene transistor with a self-aligned gate |
| US8530886B2 (en) * | 2011-03-18 | 2013-09-10 | International Business Machines Corporation | Nitride gate dielectric for graphene MOSFET |
| US9748340B2 (en) * | 2012-03-22 | 2017-08-29 | Quantum Devices, Llc | Graphene field effect transistor |
-
2016
- 2016-03-24 CN CN201610173589.4A patent/CN107230724A/zh active Pending
- 2016-08-04 TW TW105124833A patent/TWI608116B/zh active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TW201413963A (zh) * | 2012-07-27 | 2014-04-01 | Nat Inst Of Advanced Ind Scien | 石墨烯電晶體及其製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107230724A (zh) | 2017-10-03 |
| TW201734245A (zh) | 2017-10-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI578498B (zh) | 半導體裝置及其製造方法及積體電路裝置 | |
| TWI649878B (zh) | 自對準置換鰭片的形成 | |
| TWI590444B (zh) | 包含具不同厚度的過渡金屬二硫族化物層的裝置和製造方法 | |
| TWI453823B (zh) | 雙閘極氧化物裝置整合 | |
| JP5109648B2 (ja) | 層状炭素構造体の製造方法および半導体装置の製造方法 | |
| US9870949B2 (en) | Semiconductor device and formation thereof | |
| KR101496560B1 (ko) | 낮은 접촉 저항을 갖는 상보형 금속 산화물 반도체（ｃｍｏｓ）및 그 형성 방법 | |
| JP2012516036A5 (zh) | ||
| TWI505349B (zh) | 製造半導體裝置之方法 | |
| US20150200300A1 (en) | Semiconductor device and formation thereof | |
| TWI605145B (zh) | 用以在使用金屬氯化物前驅體之含鍺膜上沉積金屬層的方法 | |
| TW201101390A (en) | Fabricating a device with a diamond layer | |
| TWI483396B (zh) | 具有垂直閘極之半導體元件及其製造方法 | |
| TW201715612A (zh) | 半導體結構及其形成方法 | |
| US9646823B2 (en) | Semiconductor dielectric interface and gate stack | |
| TWI591729B (zh) | 雙閘極石墨烯場效電晶體及其製造方法 | |
| TWI608116B (zh) | 石墨烯場效電晶體及其製造方法 | |
| US20120276718A1 (en) | Method of fabricating graphene-based field effect transistor | |
| TWI588944B (zh) | 具有漂移區的高壓無接面場效元件及其製造方法 | |
| TW201739937A (zh) | 用以清潔砷化銦鎵(或三五族)基板的方法及解決方案 | |
| TW201919115A (zh) | 半導體結構的形成方法 | |
| US10461165B2 (en) | Semiconductor device and method of formation | |
| US20130020656A1 (en) | High performance hkmg stack for gate first integration | |
| US9390913B2 (en) | Semiconductor dielectric interface and gate stack | |
| US9590105B2 (en) | Semiconductor device with metal alloy over fin, conductive layer over channel region of fin, and semiconductive layer over conductive layer and formation thereof |