一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石墨烯場效應(yīng)晶體管器件的制備技術(shù)領(lǐng)域。利用自對(duì)準(zhǔn)方法制備石墨烯頂柵FET器件，減小器件源漏寄生電阻，提高器件的直流和射頻特性。
【背景技術(shù)】
[0002]以石墨稀為材料的納米電子材料，由于其超高的載流子迀移率和載流子飽和速度，被認(rèn)為是具有極大的應(yīng)用前景，替代硅材料的可選項(xiàng)之一。由于石墨烯材料的化學(xué)和物理特性較傳統(tǒng)半導(dǎo)體比較特殊，采用傳統(tǒng)半導(dǎo)體技術(shù)制備石墨烯器件已經(jīng)不適用，為此創(chuàng)新各種工藝手段制備性能良好的石墨烯器件成為當(dāng)前石墨烯器件制備技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要課題。采用自對(duì)準(zhǔn)工藝可以有效的降低器件的源漏寄生電阻，這一技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到傳統(tǒng)半導(dǎo)體器件中，應(yīng)用到石墨烯器件中，可以有效的降低器件的寄生電阻，減小器件的柵源和柵漏間距，從而實(shí)現(xiàn)高性能的石墨烯頂柵器件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003](一)要解決的技術(shù)問題
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有石墨烯器件源漏寄生電阻大影響器件特性的突出問題，本發(fā)明通過一種自對(duì)準(zhǔn)工藝技術(shù)制備石墨烯頂柵器件，通過二氧化硅刻蝕柵槽的方法減小柵長，通過介質(zhì)刻蝕和鎳金屬腐蝕形成自對(duì)準(zhǔn)源漏工藝技術(shù)減小柵源和柵漏間距，從而降低器件寄生電阻，提高器件特性，實(shí)現(xiàn)高性能石墨烯頂柵器件。
[0004](二)技術(shù)方案
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提高一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，該方法包括:
(1)在石墨稀上沉積金屬鎳薄層、二氧化娃介質(zhì)層；
(2)在二氧化硅介質(zhì)層上制作柵槽；
(3)采用濕法腐蝕的方法腐蝕金屬鎳；
(4)在石墨稀上沉積柵介質(zhì)，制備柵金屬電極；
(5)以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質(zhì)層，并側(cè)向橫刻蝕二氧化硅；
(6)腐蝕金屬鎳，自對(duì)準(zhǔn)沉積源漏金屬形成源漏金屬電極。
[0005]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟
(1)中，采用電子束蒸發(fā)的方式在石墨烯材料上蒸發(fā)金屬鎳，金屬鎳的厚度為5到10納米;然后采用PECVD的方法沉積二氧化硅，二氧化硅的厚度為10-30納米。
[0006]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟
(2)中在二氧化硅上制作柵槽的方法是采用電子束光刻膠掩膜，如ZEP光刻膠，制備柵長小于50納米的膠槽，采用ICP刻蝕系統(tǒng)，氟等離子體如六氟化硫、四氟化碳等刻蝕氣體，刻蝕二氧化硅，從而形成柵槽，然后采用有機(jī)溶劑去掉電子束光刻膠。
[0007]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟(3)中在金屬鎳的腐蝕是以二氧化硅為掩膜進(jìn)行的，采用鹽酸和水的體積比為1:3的混合溶液，對(duì)金屬Ni進(jìn)行腐蝕。
[0008]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟
(4)中柵介質(zhì)采用原子層沉積方法沉積，主要的高K材料為三氧化二鋁、氧化鑭、氧化銥等，高K介質(zhì)的沉積厚度為3-10納米，柵金屬采用電子束光刻和剝離工藝制備而成，柵金屬長度大于柵槽長度。
[0009]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟
(5)中，采用干法刻蝕的方法刻蝕高K介質(zhì)和二氧化硅，主要采用氟等離子體進(jìn)行該工藝，氟等離子體在低功率下不與鎳金屬進(jìn)行反應(yīng)，可以實(shí)現(xiàn)在金屬鎳上選擇性停止刻蝕;并通過增加氟等離子體濃度的方法提高二氧化硅的側(cè)向刻蝕。
[0010]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，在步驟
(6)中腐蝕采用鹽酸和水的體積比為1:3的混合溶液，然后自對(duì)準(zhǔn)蒸發(fā)源漏金屬，完成器件制備。
[0011](三)有益效果
從上述技術(shù)方案中可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果:
1.本發(fā)明提供的自對(duì)準(zhǔn)工藝方法制備的石墨烯器件的方法，通過二氧化硅和鎳金屬雙層掩膜制作柵槽，在柵工程中降低了柵介質(zhì)生長、T型柵金屬制備的成本，有效的降低了柵介質(zhì)生長過程中的表面沾污。
[0012]2.本發(fā)明提供的自對(duì)準(zhǔn)工藝方法制備的石墨烯器件的方法，在源漏側(cè)，通過刻蝕和腐蝕的方法降低源漏寄生電阻的同時(shí)，降低了源漏處的寄生電容。
[0013]3.本發(fā)明提供的自對(duì)準(zhǔn)工藝方法制備的石墨烯器件的方法，全部工藝與硅工藝兼容，具有良好的可行性和可重復(fù)性。
[0014]【附圖說明】:
圖1為自對(duì)準(zhǔn)工藝方法制備的石墨烯器件的方法流程圖圖2-8為本發(fā)明中具體實(shí)施例中的工藝流程圖
其中101為二氧化娃基底，102為石墨稀導(dǎo)電層，103為金屬鎳，104為氧化娃，105為氧化招介質(zhì)層，106為柵金屬，107為源漏金屬。
[0015]具體實(shí)施方法
本實(shí)施例提供一種自對(duì)準(zhǔn)工藝方法制備的石墨烯器件的方法，如圖2-8所示，在本實(shí)施例中，以二氧化硅作為絕緣襯底，石墨烯作為導(dǎo)電通道，氧化鋁作為柵介質(zhì)，金屬鈦/金作為柵金屬電極，鈦/鈀/金作為源漏金屬電極，該方法包括如下步驟:
步驟一:如圖2所示，在石墨烯上采用電子束蒸發(fā)的方式沉積金屬鎳薄層20納米，然后采用PECVD的方式沉積二氧化硅介質(zhì)層20納米。
[0016]步驟二:如圖3所示，采用電子束光刻的方法，采用ZEP520電子束膠，在二氧化硅薄層上制作40納米長的電子束膠槽;再采用等離子體刻蝕的方法刻蝕二氧化硅，刻蝕氣體為四氟化碳，刻蝕到金屬鎳后，停止刻蝕;最后用有機(jī)溶劑去掉ZEP520光刻膠。
[0017]步驟三:如圖4所示，采用濕法腐蝕的方法，以二氧化硅為掩膜，腐蝕金屬鎳，腐蝕溶液為鹽酸和水以體積比為1:3的混合溶液，側(cè)向腐蝕控制為30-40納米。
[0018]步驟四:如圖5所示，采用原子層沉積的方法在整個(gè)襯底上沉積高K介質(zhì)三氧化二鋁，厚度為10納米。
[0019]步驟五:如圖6所示，采用電子束光刻膠光刻的方法在柵槽上方光刻出柵金屬腳槽，柵金屬光刻膠槽確定的柵金屬長度大約柵槽長度，保證柵金屬對(duì)柵槽的全覆蓋，然后采用電子束蒸發(fā)的方式蒸發(fā)柵金屬鈦/金(Ti/Au=10/300nm)，對(duì)柵槽的覆蓋冗余位100納米。
[0020]步驟六:如圖7所示，以柵金屬為掩膜腐蝕三氧化二鋁介質(zhì)，腐蝕液為氫氧化鉀(5%)的水溶液，然后采用等離子體刻蝕的方法刻蝕氧化硅介質(zhì)，側(cè)向刻蝕深度為50納米。
[0021]步驟七:如圖8所示，腐蝕源漏區(qū)域的金屬鎳，金屬腐蝕液為鹽酸與水體積比為1:3的混合溶液，然后自對(duì)準(zhǔn)蒸發(fā)鈦/鈀/金(Ti/Pd/Au=5/5/10納米)，制作完成器件。
[0022]以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，該方法包括: (1)在石墨稀上沉積金屬鎳薄層、二氧化娃介質(zhì)層； (2)在二氧化硅介質(zhì)層上制作柵槽； (3)采用濕法腐蝕的方法腐蝕金屬鎳； (4)在石墨稀上沉積柵介質(zhì)，制備柵金屬電極； (5)以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質(zhì)層，并側(cè)向橫刻蝕二氧化硅； (6)腐蝕金屬鎳，自對(duì)準(zhǔn)沉積源漏金屬形成源漏金屬電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(I)中金屬鎳的厚度為5到10納米，二氧化娃的厚度為10-30納米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(2)中在二氧化硅上制作柵槽的方法是采用電子束光刻膠掩膜，制備柵長小于50納米的膠槽，采用刻蝕的方法刻蝕二氧化硅，從而形成柵槽。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(3)中在金屬鎳的腐蝕是以二氧化硅為掩膜進(jìn)行的，采用濕法腐蝕的方法進(jìn)行的。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(4)中柵介質(zhì)采用原子層沉積方法沉積，沉積厚度為3-10納米，柵金屬采用電子束光刻和剝離工藝制備而成，柵金屬長度大于柵槽長度。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(5)中二氧化硅的刻蝕采用氟等離子體刻蝕，在金屬鎳上選擇性停止刻蝕。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(6)中腐蝕鎳仍然采用濕法腐蝕方法，然后自對(duì)準(zhǔn)蒸發(fā)源漏金屬。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石墨烯自對(duì)準(zhǔn)頂柵場效應(yīng)晶體管器件的方法，該方法包括：在石墨烯上沉積金屬鎳薄層、二氧化硅介質(zhì)層；在二氧化硅介質(zhì)層上制作柵槽；采用濕法腐蝕的方法腐蝕金屬鎳；在石墨烯上沉積柵介質(zhì)，制備柵金屬電極；以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質(zhì)層，并側(cè)向橫刻蝕二氧化硅；腐蝕金屬鎳，自對(duì)準(zhǔn)沉積源漏金屬形成源漏金屬電極。本發(fā)明通過自對(duì)準(zhǔn)工藝有效減小柵源、柵漏間距，減小寄生電阻，提高石墨烯頂柵器件的性能。
【IPC分類】H01L21/04
【公開號(hào)】CN105632900
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201511026682
【發(fā)明人】劉麗蓉
【申請(qǐng)人】東莞市青麥田數(shù)碼科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請(qǐng)日】2015年12月29日