本發(fā)明涉及微電子與納米電子器件技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種金剛石基底場效應(yīng)管制備方法。

背景技術(shù)：

隨著晶體管特征尺寸的縮小，由于短溝道效應(yīng)等物理規(guī)律和制造成本的限制，主流硅基材料與cmos技術(shù)正發(fā)展到10納米工藝節(jié)點(diǎn)而很難繼續(xù)提升。目.前，金剛石因其優(yōu)良的特性被認(rèn)為是新一代集成電路半導(dǎo)體材料。金剛石具有超寬的禁帶寬度(5.7ev)、極高的導(dǎo)熱率(2000w/(m·k))、大的擊穿電場(10mv/cm)以及高的載流子(電子和空穴)遷移率，在高頻、大功率和光學(xué)元件中有廣泛應(yīng)用前景。

但是，一方面金剛石的后期摻雜工藝會造成晶格損傷，使其性能嚴(yán)重退化，甚至是石墨化；另一方面，摻雜較高的載流子激活能造成摻雜后的金剛石半導(dǎo)體難以形成有效摻雜，在室溫下展現(xiàn)出的導(dǎo)電性也不理想。這種現(xiàn)象阻礙了金剛石材料的開發(fā)和有效利用。

因此，亟需一種金剛石器件的制備方法，解決金剛石難以有效摻雜的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的金剛石基底場效應(yīng)晶體管制備方法，能夠針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，在金剛石表面形成高空穴濃度薄層，從而改善金剛石材料制備的金剛石基底場效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電特性。

第一方面，本發(fā)明提供一種金剛石基底場效應(yīng)晶體管制備方法，其中包括：

步驟一、提供金剛石基底，并對所述金剛石基底進(jìn)行清洗；

步驟二、使用氫等離子體處理所述金剛石基底表面，形成氫等離子體處理層；

步驟三、在所述氫等離子體處理層上淀積氧化物并光刻出柵介質(zhì)層；

步驟四、在所述步驟三形成的器件上生長源/漏極電極金屬；

步驟五、在所述步驟四形成的器件上生長柵電極金屬。

可選地，上述步驟一在丙酮溶液中超聲清洗所述金剛石基底后，依次用無水乙醇和去離子水清洗，并用氮?dú)獯蹈伞?/p>

可選地，上述步驟二使用pvd或cvd工藝形成所述氫等離子體處理層。

可選地，上述步驟二使用微波濺射工藝形成所述氫等離子體處理層。

可選地，上述步驟二在氫氣和氨氣的混合氣體以及高溫環(huán)境下形成所述氫等離子體處理層。

可選地，上述步驟二中的所述金剛石基底在所述氫等離子體處理前經(jīng)過高溫酸煮。

可選地，上述高溫酸煮包括使用加熱的混合濃酸溶液。

可選地，上述高溫酸煮還包括在氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w中的持續(xù)加熱處理。

可選地，上述氫等離子處理層的表面空穴濃度為10¹²-10¹³/cm²。

可選地，上述源/漏電極及所述柵電極為al、ti、au、cr、pd或pt。

本發(fā)明提供的金剛石基底場效應(yīng)晶體管制備方法，能夠在金剛石材料未摻雜的條件下，利用氫終端處理獲得金剛石表面的高空穴濃度薄層，不僅降低了制作難度，節(jié)約了制備成本，并且能夠與傳統(tǒng)制備工藝兼容，有利于金剛石材料的推廣和運(yùn)用。

附圖說明

圖1a-1e為本發(fā)明一實(shí)施例制備金剛石基底場效應(yīng)晶體管的流程結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的金剛石基底場效應(yīng)晶體管的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種金剛石基底場效應(yīng)晶體管的制備方法，如圖1a所示，提供金剛石基底110，并清洗金剛石基底110。特別的，所述金剛石的清洗方法包括但不限于在丙酮溶液中進(jìn)行超聲清洗，然后依次使用無水乙醇和去離子水清洗，然后用n2吹干。

如圖1b所示，采用氫等離子體處理金剛石基底110。具體的，可以利用微波氫等離子濺射工藝處理金剛石基底110，在金剛石基底110表面形成氫等離子處理層120。特別的，在氫等離子體濺射工藝處理中微波功率8kw，氫氣氣壓8.5kpa，在800℃下處理10min。

可選的，可以將經(jīng)高溫酸煮后的金剛石基底110放置在氫氣和氨氣的混合氣氛下進(jìn)行高溫處理，得到氫終端處理的金剛石基底110表面的氫等離子處理層120。特別的，高溫酸煮是將金剛石基底110放在體積比1:3的hno3/h2so4混合濃酸溶液中，加熱到300℃并保持1小時(shí)，后在h2和nh3混合氣體中高溫1250℃處理5min。

特別的，金剛石基底110表面的氫等離子處理層120的空穴濃度約為10¹²-10¹³/cm²，厚度約為10nm。

如圖1c所示，淀積氧化物后光刻出柵介質(zhì)層140。柵介質(zhì)層140優(yōu)選寬禁帶和高介電常數(shù)的氧化物。具體地，柵介質(zhì)層可以通過pvd、cvd、ald、pld、mocvd、peald、濺射、分子束淀積(mbe)或其他合適淀積的方法形成。典型的，柵介質(zhì)層140可以是單層介質(zhì)層，如sio2、al2o3等常規(guī)介質(zhì)層。典型的，柵介質(zhì)層140可以是高k介質(zhì)層，如hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、al2o3、ta2o5、la2o3、zro2、laalo等。典型的，柵介質(zhì)層140可以是多種材料組成的復(fù)合介質(zhì)層，如hfo2、hfsio、hfsion、hftao、hftio、hfzro、al2o3、ta2o5、la2o3、zro2、laalo中幾種的組合等，例如al2o3和ta2o5的組合、al2o3和hfo2的組合。典型的，柵介質(zhì)層140還包括其他用于制作場效應(yīng)晶體管柵介質(zhì)層的材料。柵介質(zhì)層的厚度可以是但不限于1nm-3nm之間。

如圖1d所示，在器件上生長源極電極金屬131和漏極電極金屬132。源漏電極金屬層包括但不限于高功函數(shù)的惰性金屬材料，如ti、au、cr、pd、pt等。特別的，源漏電極金屬層可以通過電子束蒸發(fā)進(jìn)行沉積，沉積厚度可以包括但不限于2-200nm。

如圖1e所示，在器件上生長柵電極金屬150。柵電極金屬層150包括但不限于采用al、ti、au、cr、pd、pt等金屬材料。特別的，柵電極金屬層150可以通過電子束蒸發(fā)進(jìn)行沉積，沉積厚度可以包括但不限于2-400nm。

圖2示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的金剛石基底場效應(yīng)晶體管的制備方法流程圖。如圖所示，s21為提供金剛石基底，并對金剛石基底進(jìn)行清洗；s22為使用氫等離子體處理金剛石基底表面；s23為在器件上淀積氧化物并光刻出柵介質(zhì)層；s24為在器件上生長源/漏極電極金屬；s25為在器件上生長柵電極金屬。

本發(fā)明提供的金剛石基底場效應(yīng)晶體管制備方法，能夠在金剛石材料未摻雜的條件下，利用氫終端處理獲得金剛石表面的高空穴濃度薄層，不僅降低了制作難度，節(jié)約了制備成本，并且能夠與傳統(tǒng)制備工藝兼容，有利于金剛石材料的推廣和運(yùn)用。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。