本发明专利技术提供一种于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法，首先于两层或两层以上的石墨烯表面采用直流磁控溅射法制备金属薄膜，以在所述石墨烯表面引入悬挂键；然后采用化学腐蚀法去除所述金属薄膜，并对所述石墨烯表面进行清洗和干燥；最后利用H2O为氧化剂及金属源反应，采用原子层沉积法于所述石墨烯表面沉积金属氧化物薄膜作为高k栅介质层。本发明专利技术具有以下有益效果：本发明专利技术通过引入的金属薄膜，可以有效地在石墨烯晶格中引入悬挂键，同时在后续金属溶解工艺中能够很好的保留顶层石墨烯，由于悬挂键的作用，可以通过原子层沉积法制备均匀且超薄的高k栅介质层。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体制备领域，特别是涉及。
技术介绍
根据摩尔定律，芯片的集成度每18个月至2年提高一倍，S卩加工线宽缩小一半。利用尺寸不断减小的硅基半导体材料(硅材料的加工极限一般认为是10纳米线宽)来延长摩尔定律的发展道路已逐渐接近终点。随着微电子领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工的极限。为延长摩尔定律的寿命，国际半导体工业界纷纷提出超越硅技术(Beyond Silicon),其中最有希望的石墨烯应运而生。石墨烯(Graphene)作为一种新型的二维六方蜂巢结构碳原子晶体，自从2004年被发现以来，在全世界引起了广泛的关注。实验证明石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有独特的电学性质。石墨烯是零带隙材料，其电子的有效质量为零，并以106m/s的恒定速率运动，行为与光子相似，由此，石墨的理论电子迁移率高达200000cm2/V · s，实验测得迁移率也超过15000cm2/V · s，是商业硅片中电子迁移率的10倍，并具有常温整数量子霍尔效应等新奇的物理性质。正是其优异的电学性能使发展石墨烯基的晶体管和集成电路成为可能，并有可能完全取代硅成为新一代的主流半导体材料。作为新型的半导体材料,石墨烯已经被应用于MOS(Metal-Oxide-Semiconductor,金属一氧化物一半导体)场效应晶体管中。为制造高性能的石墨烯基场效应晶体管(GFET)，必须要在石墨烯表面制备高质量的高k栅介质。原子层淀积(Atomic Layer Deposition,ALD)工艺依靠交替重复的自限制反应生长薄膜，能精确地控制薄膜的厚度和化学组分，因而淀积的薄膜杂质少、质量高并且具有很好的均匀性和保形性，被认为是最有可能制备高质量高k介质层的方法。但由于石墨烯表面呈疏水性并且缺乏薄膜生长所需的悬挂键，因而采用常规水基(H20_based) ALD生长工艺很难在未经功能化处理的石墨烯表面成核生长均勻的超薄高k介质层。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中采用常规原子层沉积法难以在未经功能化处理的石墨烯表面成核生长出均匀的超薄高k介质层的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，至少包括以下步骤I)提供两层或两层以上的石墨烯，并采用直流磁控溅射法于所述石墨烯表面制备金属薄膜，以在所述石墨烯表面引入悬挂键；2)采用化学腐蚀法去除所述金属薄膜，并对所述石墨烯表面进行清洗和干燥；3)利用H2O为氧化剂及金属源反应,米用原子层沉积法于所述石墨烯表面沉积金属氧化物薄膜。在本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法中，步骤I)所述的石墨烯为未经任何功能化处理的石墨烯。在本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法中，所述金属薄膜的厚度为I IOnm0在本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法步骤2)中，采用去离子水对所述石墨烯表面进行清洗。在本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法步骤3)中，于200°C ^350°C下沉积金属氧化物薄膜。 在本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法中，所述金属氧化物薄膜包括Al2O3的III A族金属氧化物、包括La2O3、Gd2O3、Pr2O3的IIIB族稀土氧化物、包括Ti02、Zr02、HfO2的IV B族过渡金属氧化物中的其中一种、或者它们的二元及二元以上的氧化物中的任一种、或以上任意金属氧化物组成的叠层。作为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法的一种优选方案，所述金属薄膜为Cu薄膜。作为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法的一种优选方案，所述化学腐蚀法采用的腐蚀溶液为Fe3+铁离子盐溶液。进一步地，所述Fe3+铁离子盐溶液的Fe3+离子浓度为O. θΓθ. lmol/L。如上所述，本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法，首先于两层或两层以上的石墨烯表面采用直流磁控溅射法制备金属薄膜，以在所述石墨烯表面引入悬挂键；然后采用化学腐蚀法去除所述金属薄膜，并对所述石墨烯表面进行清洗和干燥；最后利用H2O为氧化剂及金属源反应，采用原子层沉积法于所述石墨烯表面沉积金属氧化物薄膜。本专利技术具有以下有益效果本专利技术通过引入的金属薄膜，可以有效地在石墨烯晶格中引入悬挂键，同时在后续金属溶解工艺中能够很好的保留顶层石墨烯，由于悬挂键的作用，可以通过原子层沉积法制备均匀且超薄的高k栅介质层。附图说明图I显示为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法的流程示意图。图疒图3显示为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法步骤I)所呈现的结构示意图。图4显示为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法步骤2)所呈现的结构示意图。图5显示为本专利技术的于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法步骤3)所呈现的结构示意图。元件标号说明101衬底102底层石墨烯103表层石墨烯104金属薄膜105功能化的石墨烯层106金属氧化物薄膜S1TS13步骤 I) 步骤 3)具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。 请参阅f图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图f图5所示，本实施例提供，至少包括以下步骤如图f图3所示，首先进行步骤1)S11，提供两层或两层以上的石墨烯，并采用直流磁控溅射法于所述石墨烯表面制备金属薄膜104，以在所述石墨烯表面引入悬挂键，获得功能化的石墨烯层105。针对石墨烯表面呈化学惰性，缺乏悬挂键，难以用ALD工艺在其表面直接沉积高k栅介质层的情况，对石墨烯进行功能化处理是一个可行的解决思路。功能化处理能够在石墨烯表面引入大量有利于栅介质薄膜成核生长的悬挂键或者缺陷。研究表明，采用直流磁控溅射在石墨烯表面沉积金属薄膜104时，金属离子的动能效应会引起石墨烯晶格中的C-C键断裂，从而在石墨烯晶格中产生大量原子级大小的缺陷；同时由于缺陷处的碳原子就有较高的化学活性，因而在晶格缺陷处的很大一部分碳原子在沉积工艺过程中就和溅射腔体中残留的少量O2反应形成更稳定的羟基(C=O)悬挂键。显然，采用溅射工艺在石墨烯表面沉积金属是一个有效的实现石墨烯表面功能化的手段。对多层石墨烯的研究还发现，金属薄膜104溅射工艺只会破坏表面一层石墨烯的结构，并在其中引入缺陷和悬挂键，而对下层石墨烯的质量基本没有影响。如果采用后续工艺将沉积在多层石墨烯表面的金属薄膜104溶解掉，并能够完整保留已经获得功能化处理的顶层石墨烯，这样就通过牺牲顶层石墨烯的方法实现了对两层以及两层以上石墨烯的功能化处理。在本实施例中，所述两层或两层以上的石墨烯为新鲜的、未经任何功能化处理的石墨烯，在本实施例中，将所述石墨烯分为表层石墨烯103及底层石墨烯102。首先将其固定于一衬底表面，然后将其放入直流磁控溅射室，并通过直流本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种于多层石墨烯表面制备高k栅介质的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：1）提供两层或两层以上的石墨烯，并采用直流磁控溅射法于所述石墨烯表面制备金属薄膜，以在所述石墨烯表面形成悬挂键；2）采用化学腐蚀法去除所述金属薄膜，并对所述石墨烯表面进行清洗和干燥；3）利用H2O为氧化剂及金属源反应，采用原子层沉积法于所述石墨烯表面沉积金属氧化物薄膜。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王浩敏，张有为，杨喜超，谢晓明，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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