锡终端金刚石和场效应晶体管的制备方法及相关产品与流程

本公开涉及半导体，尤其涉及一种锡终端金刚石和场效应晶体管的制备方法及相关产品。

背景技术：

1、随着超宽禁带半导体材料的兴起，金刚石具有禁带宽度大，击穿场强高，热导率高，载流子迁移率高等一系列的优点，有着终极半导体材料的称号，在高温、高频、高功率电子器件等领域具有巨大的应用潜力。金刚石是一种性能优异的宽禁带半导体材料，其表面经过处理后能形成不同的终端，例如氧终端、氢终端、氟终端等。不同的终端表面具有不同的导电性。氢终端金刚石会在其表面以下10纳米左右形成二维空穴气，其空穴浓度在108-1015cm-2左右，迁移率可达50-3000cm2/vs，被认为是最具应用潜力的金刚石材料。然而氢终端金刚石也存在不稳定、电气性能受环境影响大等缺点，限制了其发展与应用。近年来，硅终端金刚石的出现，为解决这一问题提供了新的思路。但是硅终端表面金刚石材料制备工艺与器件加工流程复杂、成品率低，导致硅终端表面金刚石材料及器件发展缓慢。氧终端金刚石是一种绝缘表面，易于形成，常用作氢终端金刚石器件的电气隔离。氟终端金刚石具有强的疏水特性和较低的摩擦系数，主要应用于涂层材料。

2、因此，需要研发既具有良好导电性又具有很好的稳定性的金刚石。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开实施例提供一种锡终端金刚石和场效应晶体管的制备方法及相关产品，用以提高金刚石的导电性和稳定性，以及降低金刚石的加工制备成本与时间。

2、本公开实施例提供的一种锡终端金刚石和场效应晶体管的制备方法及相关产品，具体方案如下：

3、一方面，本公开实施例提供了一种锡终端金刚石的制备方法，包括：

4、在预处理后的金刚石衬底表面沉积第一snox薄膜，并对所述第一snox薄膜进行构图，形成包括第一snox保留区域和第一snox去除区域的第一snox层；其中，x=1或2；

5、利用微波等离子体化学气相沉积设备在所述第一snox层表面外延生长金刚石单晶外延层，所述金刚石单晶外延层面向所述金刚石衬底的第一表面形成第一锡终端区域和第一非锡终端区域；

6、对所述微波等离子体化学气相沉积设备内部进行降温处理，使所述金刚石单晶外延层剥离于所述第一snox层；

7、在所述金刚石单晶外延层的第二表面形成导电终端区域和非导电终端区域；其中，所述第二表面和所述第一表面相对设置。

8、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述在所述金刚石单晶外延层的第二表面形成导电终端区域和非导电终端区域，具体包括：

9、在所述金刚石单晶外延层的第二表面沉积第二snox薄膜，并对所述第二snox薄膜进行构图，形成包括第二snox保留区域和第二snox去除区域的第二snox层；

10、对形成有所述第二snox层的所述金刚石单晶外延层进行等离子体氢化处理，以在所述金刚石单晶外延层的第二表面形成第二锡终端区域和第二非锡终端区域；

11、利用酸洗去除所述金刚石单晶外延层第二表面的所述第二snox层。

12、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述等离子体氢化处理的温度为900-1200℃，氢气流量为400-600sccm，气压为110-130 torr，处理时间为10-30min。

13、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述第一锡终端区域和所述第二锡终端区域一一对应，所述第一非锡终端区域和所述第二非锡终端区域一一对应。

14、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述在所述金刚石单晶外延层的第二表面形成导电终端区域和非导电终端区域之后，还包括：

15、采用激光分割的方法对所述金刚石单晶外延层进行水平分割。

16、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述对所述第一snox薄膜进行构图，形成包括第一snox保留区域和第一snox去除区域的第一snox层，具体包括：

17、在所述第一snox薄膜背向所述金刚石衬底的一侧形成第一光刻胶层；

18、对所述第一光刻胶层进行曝光、显影，形成包括第一光刻胶完全保留区域和第一光刻胶完全去除区域的第一光刻胶图案；其中，所述第一光刻胶完全保留区域与所述第一snox保留区域相对应，所述第一光刻胶完全去除区域与所述第一snox去除区域相对应；

19、以所述第一光刻胶图案为掩膜，采用反应离子刻蚀技术对所述第一snox薄膜进行刻蚀，形成图案化的所述第一snox层；

20、去除所述第一光刻胶图案。

21、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，所述采用反应离子刻蚀技术对所述第一snox薄膜进行刻蚀时，反应离子刻蚀设备内通入的反应气体为hbr/ar的气体混合物，ar占所述气体混合物的百分比为0%-100%，输入功率为400-700w，气压为4-10mtorr。

22、另一方面，本公开实施例还提供了一种锡终端金刚石，采用本公开实施例提供的上述制备方法得到。

23、另一方面，本公开实施例还提供了一种场效应晶体管的制备方法，包括：

24、采用本公开实施例提供的上述锡终端金刚石的制备方法形成锡终端金刚石；

25、在各所述第一锡终端区域内的两侧制备第一源极和第一漏极；

26、在所述第一源极和第一漏极背离所述锡终端金刚石的一侧形成第一栅介质层，所述第一栅介质层覆盖对应的所述第一锡终端区域的中间区域、且覆盖部分所述第一源极和部分所述第一漏极；

27、在所述第一栅介质层背离所述锡终端金刚石的一侧形成第一栅极，所述第一栅极覆盖所述第一栅介质层的中间区域。

28、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，还包括：

29、在各所述第二锡终端区域内的两侧制备第二源极和第二漏极；

30、在所述第二源极和第二漏极背离所述锡终端金刚石的一侧形成第二栅介质层，所述第二栅介质层覆盖对应的所述第二锡终端区域的中间区域、且覆盖部分所述第二源极和部分所述第二漏极；

31、在所述第二栅介质层背离所述锡终端金刚石的一侧形成第二栅极，所述第二栅极覆盖所述第二栅介质层的中间区域。

32、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，在形成所述第二源极和所述第二漏极之后，且在形成第二栅介质层之前，还包括：

33、在所述第二源极和所述第二漏极背离所述锡终端金刚石的一侧形成第二光刻胶层；

34、对所述第二光刻胶层进行曝光、显影，形成包括第二光刻胶完全保留区域和第二光刻胶完全去除区域的第二光刻胶图案；其中，所述第二光刻胶完全保留区域与所述第二锡终端区域相对应，所述第二光刻胶完全去除区域与所述第二非锡终端区域相对应；

35、以所述第二光刻胶图案为掩膜，对所述第二非锡终端区域进行氧等离子体处理，使所述第二非锡终端区域转换成氧终端区域；

36、去除所述第二光刻胶图案。

37、在一些实施例中，在本公开实施例提供的上述制备方法中，当所述锡终端金刚石为双面锡终端金刚石时，在形成所述第二栅极之后，还包括：

38、采用激光分割的方法对所述场效应晶体管中的金刚石单晶外延层进行水平分割，形成两片场效应晶体管。

39、另一方面，本公开实施例还提供了一种场效应晶体管，采用本公开实施例提供的上述制备方法得到。

40、另一方面，本公开实施例还提供了一种电子装置，包括本公开实施例提供的上述场效应晶体管。

41、本公开有益效果如下：

42、本公开实施例提供的一种锡终端金刚石和场效应晶体管的制备方法及相关产品，通过在形成有图案化的第一snox层的金刚石衬底上外延生长金刚石单晶外延层，通过微波等离子体化学气相沉积设备内的高温和气流量可以得到第一表面含有第一锡终端区域和第一非锡终端区域的金刚石单晶外延层，之后在微波等离子体化学气相沉积设备内部降温过程中，生长的金刚石单晶外延层会出现应力不均匀而实现自剥离，因此可以省去金刚石单晶外延层的传统切割研磨工艺。并且，剥离的金刚石单晶外延层的第一表面直接含有第一锡终端区域，无需单独的第一锡终端区域的制备工艺流程，简化锡终端区域的制备流程。另外，在剥离后的金刚石单晶外延层的第二表面形成导电终端区域和非导电终端区域，进而获得双面导电终端金刚石，这样可以通过激光分割技术获得两片单面导电终端金刚石，即本公开的制备方法可以一次获得2片单面导电终端金刚石，降低了金刚石单晶的加工制备成本与时间，提高了成品率，与现有的工艺兼容。并且，第一非锡终端区域和非导电终端区域可以作为后续制作的器件间的隔离区，因此本公开实施例在后续制备锡终端金刚石器件（例如场效应晶体管）时，不需要做器件隔离，简化了工艺步骤。