專利名稱：石墨烯晶體管以及制造石墨烯器件的方法
技術領域：
本公開涉及石墨烯器件及其制造方法。
背景技術：
硅(Si)基半導體器件的集成度和容量已經被極大地提高。然而，由于Si材料的特性和制造工藝的限制，預計在將來實現更高集成和更高容量的Si基半導體器件會更加困難。因此，正在對克服Si基半導體器件的限制的下一代器件進行研究。例如，已經試圖通過使用諸如石墨烯的碳基納米結構來制造高性能器件。石墨烯是由碳原子構成的單層六邊形結構，它是化學穩定和結構穩定的，并表現出期望的電/物理性質。例如，石墨烯具有高達約2X 105cm2/Vs的電荷遷移率，比硅的電荷遷移率快一百倍以上，并具有約108A/cm2的電流密度，比銅(Cu)的電流密度大一百倍以上。因此，石墨烯作為克服一般器件的限制的下一代材料已經受到 關注。然而，因為在石墨烯的形成工藝中存在一些限制，所以利用石墨烯來制造器件是相對困難的。通過現有的技術，在絕緣薄膜上生長高質量的石墨烯是相對困難的。因此，石墨烯不得不形成在金屬薄膜上然后被轉移到另一基板上。然而，在轉移石墨烯期間，石墨烯會具有一些缺陷或被暴露于污染物。此外，對石墨烯的操作也是不容易的。因此，制造應用石墨烯的器件受到限制。
發明內容
各個實施例涉及高性能石墨烯器件及其制造方法。各個實施例還涉及制造石墨烯器件的方法，在該方法中對石墨烯的損傷或污染被防止或最小化。—種制造石墨烯器件的方法可以包括:在第一基板上形成石墨烯層；在第一基板上形成器件部分，該器件部件包括石墨烯層；將第二基板附接到器件部分上；以及移除第
一基板。形成器件部分可以包括形成分別接觸石墨烯層的第一區和第二區的源電極和漏電極。形成器件部分可以包括:形成覆蓋石墨烯層、源電極和漏電極的柵絕緣層；以及在柵絕緣層上且在源電極與漏電極之間形成柵極。該方法還可以包括:形成覆蓋器件部分且設置于器件部分與第二基板之間的絕緣層；以及蝕刻部分的絕緣層和部分的柵絕緣層以暴露源電極、漏電極和柵極。該方法還可以包括:在移除第一基板之后，將第三基板附接在器件部分上，其中器件部分設置在第二基板與第三基板之間。該方法還可以包括移除第二基板。第三基板可以是玻璃基板、塑料基板和聚合物基板之一。
第三基板可以是柔性基板。該方法還可以包括在器件部分與第三基板之間形成保護層。該方法還可以包括在移除第一基板之后形成覆蓋器件部分的絕緣層，其中器件部分設置在絕緣層與第二基板之間。源電極、漏電極和柵極可以形成為分別包括第一焊墊部、第二焊墊部和第三焊墊部，其中絕緣層形成為覆蓋第一至第三焊墊部。該方法還可以包括蝕刻部分的絕緣層以暴
露第一至第三焊墊部。該方法還可以包括:在移除第一基板之后形成覆蓋石墨烯層、源電極和漏電極的柵絕緣層；以及在柵絕緣層上且在源電極與漏電極之間形成柵極。源電極和漏電極可以形成為分別包括第一焊墊部和第二焊墊部，該方法還可以包括蝕刻部分的柵絕緣層以暴露第一焊墊部和第二焊墊部。該方法還可以包括在第一基板與石墨烯層之間形成催化劑層。該方法還可以包括在第一基板與催化劑層之間形成中間層。移除第一基板可以包括蝕刻催化劑層。移除第一基板可以包括蝕刻催化劑層和中間層之一。該方法還可以包括在附接第二基板之前，在第一基板上形成覆蓋器件部分的保護層。
第二基板可以是聚合物基板。該方法還可以包括:在第一基板上形成包括多個器件部分的器件層；以及通過圖案化器件層而分離多個器件部分。犧牲層可以進一步設置在第一基板與器件層之間。移除第一基板可以包括通過在多個器件部分之間注入蝕刻溶液而蝕刻犧牲層。犧牲層可以是金屬層或絕緣層。一種石墨烯晶體管可以包括:在基板上的第一絕緣層，該第一絕緣層具有凹入部；石墨烯器件部分，形成在第一絕緣層的凹入部上；以及第二絕緣層，形成為覆蓋石墨烯器件部分，其中石墨烯器件部分可以包括:柵極；覆蓋柵極的柵絕緣層；在柵極兩側的柵絕緣層上的源電極和漏電極；以及接觸源電極和漏電極的石墨烯層。 柵絕緣層可以在石墨烯層周圍延伸到第一絕緣層上。柵絕緣層的延伸到第一絕緣層上的部分可以具有與石墨烯層相同的高度。柵極可以與源電極和漏電極交疊。基板可以是聚合物基板。根據另一非限制實施例，一種石墨烯晶體管可以包括:形成在基板上的保護層；形成在保護層中的源電極和漏電極；石墨烯層，形成為連接源電極和漏電極并設置在與保護層的上表面相同的高度處；柵絕緣層，形成在保護層上并覆蓋石墨烯層；以及柵極，形成在柵絕緣層上。石墨烯層的上表面與在石墨烯層周圍的保護層的上表面可以處于相同的高度。源電極可以設置在石墨烯層的第一區下面，漏電極可以設置在石墨烯層的第二區下面。基板可以是聚合物基板。
通過結合附圖的下列描述，示例實施例的以上和/或其他的方面將變得更加明顯并更易于理解，在附圖中:圖1A至圖1L是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的方法的截面圖；圖2A至圖2D是示出根據非限制實施例的形成圖1B中示出的結構的方法的截面圖；圖3A至圖3D是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的另一方法的截面圖；圖4A是示出根據非限制實施例的圖3C的石墨烯器件的平面結構的平面圖；圖4B是示出根據非限制實施例的圖3D的平面結構的平面圖；圖5是示出圖4A的修改示例的平面圖；圖6A至圖6D是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的另一方法的截面圖；圖7A是示出圖6C的平面結構的平面圖；圖7B是示出圖6D的平面結構的平面圖；以及圖8A至圖SE是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的另一方法的截面圖。
具體實施例方式現在將更詳細地參照各個示例實施例，示例實施例可以在附圖中示出，其中相似的附圖標記通篇指代相似的元 件。在這點上，示例實施例可以具有不同的形式且不應被解釋為限于這里給出的描述。因此，以下通過參照附圖僅描述各個示例實施例來解釋本說明書的多個方面。如這里所用的，術語“和/或”包括一個或多個所列相關項目的任何及所有組合。諸如“……中至少之一”的表述，當在一列元件之前時，修改元件的整個列表而不修改該列表中的各個兀件。現在將參照附圖更充分地描述各個示例實施例，在附圖中示出示例實施例。將理解，當一元件被稱為“連接”或“耦接”到另一元件時，它可以直接連接到或直接耦接到另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當一元件被稱為“直接連接”或“直接耦接”到另一元件時，則沒有中間元件存在。如這里所用的，術語“和/或”包括一個或多個所列相關項目的任何及所有組合。將理解，雖然這里可以使用術語“第一”、“第二”等來描述各個元件、部件、區域、層和/或部分，但是這些元件、部件、區域、層和/或部分應不受這些術語限制。這些術語僅用于將一個元件、部件、區域、層或部分與另一元件、部件、區域、層或部分區別開。因此，以下討論的第一元件、第一部件、第一區域、第一層或第一部分可以被稱為第二元件、第二部件、第二區域、第二層或第二部分，而不背離示例實施例的教導。為了描述的方便，這里可以使用空間相對性術語諸如“下面”、“下方”、“下”、“上方”、“上”等來描述如附圖所示的一個元件或特征與另一個(另一些)元件或特征的關系。將理解，空間相對性術語旨在涵蓋除附圖所示的取向之外器件在使用或操作中的不同方向。例如，如果附圖中的器件被翻轉，被描述為在其他元件或特征的“下面”或“下方”的元件將會取向在所述其他元件或特征的“上方”。因此，術語“下面”能夠涵蓋之上和之下兩種取向。器件也可以有其它取向(旋轉90度或在其它取向)，這里所使用的空間相對描述符作相應地解釋。這里所使用的術語只是為了描述特定的實施例的目的，而不意在限制示例實施例。如這里所用的，單數形式“一”和“該”也旨在包括復數形式，除非上下文清楚地指示另外的意思。還將理解，術語“包括”和/或“包含”，當在本說明書中使用時，指定了所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或構件的存在，但并不排除一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、元件、構件和/或其組合的存在或增加。這里參照截面圖描述了示例實施例，這些截面圖是示例實施例的理想化實施例(和中間結構)的示意圖。因此，由例如制造技術和/或公差引起的圖示形狀的變化是可能發生的。因此，示例實施例不應被解釋為限于這里所示的區域的特定形狀，而是包括由例如制造引起的形狀偏差在內。例如，示出為矩形的注入區將通常具有倒圓或彎曲的特征和/或在其邊緣處的注入濃度的梯度而不是從注入區到非注入區的二元變化。類似地，通過注入形成的埋入區可以導致在埋入區與通過其發生注入的表面之間的區域中的一些注入。因此，附圖中示出的區域在本質上是示意性的，它們的形狀不旨在示出器件的區域的真實形狀并且不旨在限制示例實施例的范圍。除非另行定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)都具有本發明所屬領域內的普通技術人員所通常理解的同樣的含義。將進一步理解的是，諸如通用詞典中所定義的術語，除非此處加以明確定義，否則應當被解釋為具有與它們在相關領域的語境中的含義相一致的含義，而不應被解釋為理想化的或過度形式化的意義。在下文，將參照附圖更詳細地描述根據示例實施例的石墨烯器件及其制造方法。在附圖中，為了清晰，層和區域的寬度和厚度可以被夸大。相同的附圖標記在所有附圖中代表相同的兀件。圖1A至圖1L是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的方法的截面圖。
參照圖1A，催化劑層CTl可以形成在第一基板SUBl上。可以使用例如硅基板作為第一基板SUB1。在形成催化劑層CTl之前，期望的或預定的中間層NI可以首先形成在第一基板SUBl上，然后催化劑層CTl可以形成在中間層NI上。中間層NI可以防止或減少基板SUBl與催化劑層CTl之間的反應，例如硅化反應。此外，中間層NI可以防止或減少第一基板SUBl與催化劑層CTl之間的材料擴散。中間層NI可以形成為絕緣層，例如硅氧化物層。當第一基板SUBl是硅基板時，第一基板SUBl的表面部分(上表面部分)可以被氧化以形成硅氧化物層，該硅氧化物層將被用作中間層NI。中間層NI的厚度可以為約IOOnm至約300nm。形成中間層NI的材料和方法不限于如上所述的材料和方法且可以改變。例如，中間層NI可以形成為氮化物層，而且也可以利用除氧化法之外的其他方法形成。根據情況，也可以不形成中間層NI。催化劑層CTl可以由選自由N1、Cu、Co、Pt和Ru及其組合構成的組中的至少一種金屬形成。催化劑層CTl可以具有單層結構或多層結構。催化劑層CTl可以使用各種方法形成，諸如鍍覆、蒸鍍(evaporation)、派射、化學氣相沉積(CVD)或原子層沉積(ALD)。催化劑層CTl可以形成為具有約IOOnm至約500nm的厚度。接著，石墨烯層GPl可以形成在催化劑層CTl上。石墨烯層GPl可以利用CVD法或熱解法形成。當利用CVD法形成石墨烯層GPl時，含碳的源氣體可以供應到催化劑層CTl上。可以采用例如CH4、C2H2、C2H4、C0等作為源氣體。為了形成石墨烯層GP1，可以使用在約700°C至1100°C執行的相對高溫工藝。因此，第一基板SUBl可以由耐高溫工藝的材料形成。在此方面，第一基板SUBl可以是硅基板。然而，除硅基板之外的耐高溫工藝的任何其他的基板可以用作第一基板SUBl。例如，石英基板可以用作第一基板SUB1。根據情況，SiC基板可以用作第一基板SUB1。當使用SiC基板作為第一基板SUBl時，石墨烯層GPl可以直接形成在SiC基板上而在其間沒有催化劑層CTl。參照圖1B，在將石墨烯層GPl圖案化為預定的、期望的或給定的形狀之后，可以形成分別接觸石墨烯層GPl的第一區和第二區的源電極SI和漏電極D1。源電極SI和漏電極Dl可以分別形成在石墨烯層GPl的第一端和第二端處。石墨烯層GPl的位于源電極SI與漏電極Dl之間的部分可以被稱為“溝道區”。如圖1B所示的石墨烯層GP1、源電極SI和漏電極Dl可以利用各種方法形成。例如，圖1A的石墨烯層GPl可以在第一掩模操作中被圖案化，然后形成在石墨烯層GPl上的導電層可以在第二掩模操作中被圖案化以形成源電極SI和漏電極D1。或者，用于形成源極/漏極的導電層可以形成在圖1A的石墨烯層GPl上，然后石墨烯層GPl和導電層可以利用掩模被一起圖案化(第一圖案化)。接著，導電層可以利用另一掩模被圖案化(第二圖案化)。通過第一圖案化操作，可以獲得圖1B示出的石墨烯層GP1，源電極SI和漏電極Dl可以通過第一和第二圖案化操作而獲得。或者，在以圖1B所示的形式圖案化石墨烯層GPl之后，源電極SI和漏電極Dl可以利用剝離法形成在石墨烯層GPl上。在下文，將參照圖2A至圖2D描述用于形成圖1B的結構的各種非限制方法之一。參照圖2A，用于形成源電極和漏電極的導電層SDl可以形成在圖1A的石墨烯層GPl上,第一掩模圖案Ml可以形成在導電層SDl上。參照圖2B，導電層SDl和石墨烯層GPl可以利用第一掩模圖案Ml作為蝕刻阻擋物而被依次蝕刻。 因此，導電層SDl和石墨烯層GPl可以被圖案化為相同的形狀(當從上方觀看時)。參照圖2C，在移除第一掩模圖案Ml之后，第二掩模圖案M2可以形成在導電層SDl上。第二掩模圖案M2可以是用于形成源電極和漏電極的蝕刻掩模。參照圖2D，通過利用第二掩模圖案M2作為蝕刻阻擋物，導電層SDl可以被蝕刻。結果，可以形成源電極SI和漏電極D1。然后，通過移除第二掩模圖案M2，可以獲得如圖1B所示的結構。可以利用例如蒸鍍法形成用于形成源電極SI和漏電極Dl的導電層，即導電層SDl0由于石墨烯層GPl會被等離子體損傷，所以導電層SDl可以利用不使用等離子體的方法形成。該方法的示例是蒸鍍法。然而，形成用于形成源極/漏極的導電層SDl的方法不限于蒸鍍法且可以改變。此外，當圖案化(蝕刻)導電層SDl時，可以采用不使用等離子體的方法，例如濕法蝕刻法。或者，可以使用剝離法直接形成彼此分離的源電極SI和漏電極D1。再次參照圖1B，源電極SI和漏電極Dl可以由能與石墨烯層GPl形成歐姆接觸的材料形成。例如，源電極SI和漏電極Dl可以由選自Au、Cu、N1、T1、Pt、Ru和Pd或其組合構成的組的材料(金屬)形成。具體地，源電極SI和漏電極Dl可以例如由Ti/Au或Pd/Au形成。根據情況，歐姆接觸層(未示出)可以進一步形成在石墨烯層GPl與源電極SI和漏電極Dl中的每個之間。在此情形下，即使是不與石墨烯層GPl形成歐姆接觸的材料也可以用于形成源電極SI和漏電極Dl。
參照圖1C，覆蓋石墨烯層GPl以及源電極SI和漏電極Dl的柵絕緣層GIl可以形成在催化劑層CTl上。柵絕緣層GIl可以由Si氧化物、Si氮化物、Si氮氧化物、或具有比Si氮化物高的介電常數的高k材料、或諸如聚合物的有機材料形成，該高k材料諸如是Al氧化物、Hf氧化物等。或者，至少兩種上述材料的混合物可以用于形成柵絕緣層GI1。柵絕緣層GIl可以利用諸如熱ALD法、熱CVD發或蒸鍍法的方法形成。當形成柵絕緣層GIl時，工藝溫度可以為約400°C或以下。然而，根據情況，工藝溫度可以高于400°C。柵絕緣層GIl的厚度可以例如為約IOnm至約30nm。接著，柵極Gl可以形成在源電極SI與漏電極Dl之間的柵絕緣層GIl上。柵極Gl可以在一定程度上延伸至源電極SI和漏電極Dl上方。S卩，柵極Gl可以具有與源電極SI和漏電極Dl交疊一定程度的結構。然而，根據情況，柵極Gl可以不與源電極SI和漏電極Dl交疊。此外，即使圖1C的柵極Gl高于柵絕緣層GIl，但是柵極Gl的高度也可以基本上與柵絕緣層GIl的高度相同或相似。柵絕緣層GIl的高度是指形成在源電極S I和漏電極Dl上的柵絕緣層GIl的高度。柵極Gl可以由典型的半導體器件中使用的導電材料(例如金屬、導電氧化物等)形成。如果柵極Gl如上所述形成，則柵極Gl相對于源電極SI和漏電極Dl的位置可以被自對準。由于柵極Gl填滿源電極SI與漏電極Dl之間的空間，所以柵極Gl相對于源電極S I和漏電極Dl的位置可以被自對準。此外，當柵極Gl與源電極SI和漏電極Dl交疊時，即使當柵極Gl稍微未對準時，有效柵極區的位置也不改變，而是可以保持不變。有效柵極區指的是柵極Gl位于源電極SI和漏電極Dl之間的區域。如上所述，由于柵極Gl相對于源電極SI和漏電極Dl的位置被自對準，所以可以防止(或減少)未對準，并可以最小化源電極SI與漏電極Dl之間的電阻。參照圖1D，覆蓋柵絕緣層GIl和柵極Gl的絕緣層ILl可以形成在第一基板SUBl上。絕緣層ILl可以例如由Si氧化物、Si氮化物或Si氮氧化物形成。絕緣層ILl的厚度例如可以為約IOOnm至約500nm。參照圖1E，部分的絕緣層ILl和柵絕緣層GIl可以被蝕刻以分別暴露部分的柵極G1、源電極SI和漏電極D1。然而，應該理解，可以在不同的時刻(階段)執行暴露部分的柵極G1、源電極SI和漏電極 Dl的開口操作。例如，根據非限制實施例，開口操作可以在制造石墨烯器件的方法的最后階段執行。通過利用以上參照圖1A至圖1E描述的方法，包括石墨烯層GPl的器件部分DPl可以形成在第一基板SUBl上。器件部分DPl可以是“石墨烯晶體管”。參照圖1F，覆蓋器件部分DPl的第一保護層Pl可以形成在第一基板SUBl上。第一保護層Pl可以通過例如旋涂法由聚合物材料或旋涂玻璃(SOG)材料形成。第一保護層Pl可以形成為具有平面結構。如果第一保護層Pl的表面不是平面的，則可以額外執行用于平坦化表面的平坦化工藝。第一保護層Pl可以用于使在后續操作中附接第二基板SUB2容易(見圖1G)。此外，當在后續操作中移除第一基板SUBl時，第一保護層Pl可以保護器件部分 DPI。參照圖1G，第二基板SUB2可以附接在第一保護層Pl上。第二基板SUB2可以被看作是附接在第一基板SUBl上，器件部分DPl和第一保護層Pl插設在其間。例如，第二基板SUB2可以是包括聚合物的基板。具體地，第二基板SUB2可以是膠帶。膠帶可以是基于紫外線而失去粘著力的紫外(UV)釋放型膠帶或基于熱而失去粘著力的熱釋放型膠帶。或者，第二基板SUB2可以由聚合物形成，該聚合物可以通過使用預定的或期望的溶劑來移除。然而，用于形成第二基板SUB2的材料不限于諸如膠帶的聚合物，并且可以改變。根據情況，第二基板SUB2可以由玻璃或硅(Si )形成。在此情形下，在第一保護層Pl與第二基板SUB2之間可以進一步包括預定的或期望的粘著層(未示出)。第二基板SUB2可以防止或減少在隨后分離第一基板SUBl時或在另一后續操作中器件部分DPl的起皺和折疊。根據情況，第一保護層Pl可以起到第二基板SUB2的功能。在此情形下，第一保護層Pl可以被看作基板，因此，可以不包括第二基板SUB2。參照圖1H，第一基板SUBl可以被移除/分離。第一基板SUBl可以通過蝕刻催化劑層CTl和/或中間層NI而被移除/分離。根據非限制實施例，第一基板SUBl通過蝕刻催化劑層CTl而被移除/分離。當蝕刻催化劑層CTl時，可以使用用于蝕刻金屬的蝕刻劑諸如FeCl3或!1勵3。如果第一基板SUBl通過蝕刻中間層NI而不是催化劑層CTl而被移除，則為了蝕刻中間層NI，可以使用例如含HF的蝕刻溶液。移除/分離第一基板SUBl的方法不限于以上所述，可以改變。例如，第一基板SUBl的大部分可以利用拋光(polishing)工藝移除，第一基板SUBl的剩余部分可以利用預定的或期望的蝕刻溶液移除，然后中間層NI和催化劑層CTl可以被依次移除。作為用于移除剩余的第一基板SUBl的蝕刻溶液，可以使用例如KOH或四甲基氫氧化銨(TMAH)。參照圖1I，第二保護層P2可以形成在通過移除第一基板SUBl而暴露的器件部分DPl的下表面上。第二保護層P2可以保護石墨烯層GPl使得石墨烯層GPl的性質/特性不改變。例如，第二保護層P2可以由Si氧化物、Si氮化物、Si氮氧化物、或者諸如Al氧化物或Hf氧化物的高k材料或聚合物形成。第二保護層P2可以利用不損傷石墨烯層GPl的方法形成，諸如熱ALD法、熱CVD法或蒸鍍法。雖然在圖1I中，第二保護層P2被示出為形成在器件部分DPl的下表面上，但是實際上，第二保護層P2可以在翻轉包括第二基板SUB2和器件部分DPl的結構(即，翻轉器件部分DPl的石墨烯層GPl以面朝上)之后形成。參照圖1J，第三基板SUB3可以附接在第二保護層P2上。第三基板SUB3可以被看作附接到器件部分DP1，第二保護層P2插設在其間。第三基板SUB3可以為例如玻璃基板、塑料基板或聚合物基 板。第三基板SUB3可以是柔性基板或也可以是剛性基板。當選擇第三基板SUB3的材料時，沒有諸如工藝溫度的限制，因此，各種基板都可以用作第三基板SUB3。
參照圖1K，可以移除第二基板SUB2。例如，當第二基板SUB2是熱釋放型膠帶時，第二基板SUB2可以通過施加熱在約200°C被容易地移除。移除方法可以根據第二基板SUB2的類型而改變。接著，可以移除第一保護層P1。第一保護層Pl可以利用氧等離子體工藝或濕法蝕刻工藝移除。如果第一保護層Pi是聚合物，則第一保護層Pi可以利用氧等離子體工藝移除，如果第一保護層Pl是電介質層，則第一保護層Pl可以利用濕法蝕刻工藝移除。在移除第一保護層Pl之后的所得結構在圖1L中示出。參照圖1L，包括石墨烯層GPl的器件部分DPl可以形成在第三基板SUB3上。如上所述，根據非限制實施例，在第一基板SUBl上制造包括石墨烯層GPl的器件部分DPl之后，器件部分DPl可以被附接在另一基板上，也就是在第三基板SUB3上。在此工藝中，為了可操作性，可以臨時地使用支撐器件部分DPl的第二基板SUB2，并且第一基板SUBl可以被移除。換言之，根據非限制實施例的工藝可以包括在第一基板SUBl上的石墨烯生長和器件制造操作、以及將制造的器件附接在另一基板(即，第三基板SUB3)上。在此工藝中，可以防止或最小化對石墨烯層GPl的損傷或污染，因此可以制造具有更高質量的石墨烯器件。根據現有技術，石墨烯生長在第一基板上然后被轉移到另一基板，器件制造操作在該另一基板上執行。在此情形下，由于石墨烯被單獨轉移而沒有被圖案化，所以石墨烯會破裂或起皺，且會暴露于污染物使得石墨烯的質量會容易劣化。然而，根據非限制實施例，在第一基板SUBl上形成包括石墨烯GPl的器件部分DPl之后，整個器件部分DPl可以附接在另一基板(即，第三基板SUB3)上。因此，可以最小化對石墨烯層GPl的損傷或污染，因而，可以制造具有更聞質量的石墨稀器件。而且，由于柵極Gl關于源電極S I和漏電極Dl的位置是自對準的，所以可以最小化源電極SI與漏電極Dl之間的電阻，并可以改善石墨烯器件的操作特性。此外，由于各種基板可以作為用作最終基板的第三基板SUB3，所以石墨烯器件的可用性可以提高，其應用領域可以擴大。例如，當柔性基板用作第三基板SUB3時，根據非限制實施例的石墨烯器件可以用在柔性顯示器件中；當諸如玻璃基板的透明基板用作第三基板SUB3時，石墨烯器件可以應用于透明顯示器件。此外，根據非顯示實施例的石墨烯器件可以應用于用于高頻應用(applications)的射頻(RF)器件而不是顯示器件。圖3A至圖3D是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的另一方法的截面圖。參照圖3A，類似于參照圖1A至圖1G描述的方法，可以制備這樣的結構，其中器件部分DPI’形成在第一基板SUBl上且第二基板SUB2附接在器件部分DPI’上。器件部分DPI’可以包括石墨烯層GP1、源電極S1、漏電極D1、柵絕緣層GIl和柵極G1。此外，可以進一步包括覆蓋這些層的絕緣層IL1。在圖3A的結構中，與圖1G的結構不同，絕緣層ILl和柵絕緣層GIl可以不被圖案化(蝕刻)。第一保護層Pl可以形成在絕緣層ILl上，第二基板SUB2可以附接在第一保護層Pl上。參照圖3B，類似于圖1H的操作，第一基板SUBl可以被移除/分離。雖然在非限制實施例中第一基板SUBl通過蝕刻催化劑層CTl來移除/分離，但是可以蝕刻中間層NI來移除/分離第一基板SUB1。當通過蝕刻中`間層NI來移除或分離第一基板SUBl時，可以額外執行移除催化劑層CTl的工藝。參照圖3C，其上形成器件部分DPI’的第二基板SUB2可以被翻轉，第二絕緣層IL2可以形成在器件部分DPI’上。第二絕緣層IL2可以由與絕緣層ILl (在下文稱為第一絕緣層ILl)相同或相似的材料形成。第二絕緣層IL2可以利用不損傷石墨烯層GPl的方法形成，諸如熱ALD法、熱CVD法或蒸鍍法。圖3C的器件部分DPI’可以具有例如圖4A所示的平面結構。參照圖4A，石墨烯層GPl可以在X軸方向延伸。源電極SI可以接觸石墨烯層GPl的第一端并可以包括延伸到石墨烯層GPl外側的第一焊墊部roi。類似地，漏電極Dl可以接觸石墨烯層GPl的第二端并可以包括延伸到石墨烯層GPl外側的第二焊墊部TO2。柵極Gl可以與石墨烯層GPl的中心部分交疊并可以包括在Y軸方向延伸的第三焊墊部TO3。第二絕緣層IL2可以形成為覆蓋石墨烯層GP1、源電極S1、漏電極Dl和柵極G1。沿圖4A的線A-A’截取的截面圖可以類似于圖3C。因此，雖然在圖3C中沒有示出，但是源電極S1、漏電極Dl和柵極Gl可以分別包括第一焊墊部HH、第二焊墊部PD2和第三焊墊部TO3。接著，可以形成如圖3D所示的結構。圖3D所示的結構可以對應于與圖4A的第一至第三焊墊部PDl至PD3相關的操作。具體地，可以通過蝕刻部分的第二絕緣層IL2和部分的柵絕緣層GIl而形成暴露第一至第三焊墊部PDl至PD3的第一至第三接觸孔Hl至H3。圖3D的截面圖可以對應于圖4B的平面結構。沿圖4B的線B-B’截取的截面圖可以是圖3D的視圖。在圖4A和圖4B中，石墨烯層GP1、源電極S1、漏電極Dl和柵極Gl的形狀僅為示例，可以改變。例如，石墨烯層GPl可以被變更為圖5所示的結構。參照圖5，石墨烯層GP1’可以具有與源電極SI和漏電極Dl相同或相似的平面結構，但是包括與源電極SI與漏電極Dl之間的部分相對應的中心部分。換言之，石墨烯層GP1’可以包括具有與源電極SI相同或相似的平面結構的第一區、具有與漏電極Dl相同或相似的平面結構的第二區、以及連接第一區與第二區的第三區(中心部分)。如以上參照圖2A至圖2D所述的，通過利用第一掩模圖案Ml (見圖2B)依次圖案化石墨烯層GPl和用于源極/漏極的導電層SD1，它們可以具有相同的平面結構，通過在后續操作中利用第二掩模圖案M2 (見圖2C)圖案化用于形成源極/漏極的導電層SDl，可以形成源電極SI和漏電極Dl并且可以暴露源電極SI與漏電極Dl之間的溝道區(第三區)。根據參照圖3A至圖3D描述的實施例，第二基板SUB2可以用作最終器件的基板，可以省略圖1J的附接第三基板SUB3的操作和圖1K的移除第二基板SUB2的操作。由于制造工藝的數目減少，所以整個制造方法可以被簡化。此外，根據參照圖3A至圖3D描述的方法，當第一基板SUBl和第二基板SUB2形成在器件部分DPI’的兩側(B卩，下面和上面)時，第一基板SUBl被移除，第二基板SUB2用作最終基板。因此，可以不包括石墨烯層GPl的直接轉移操作。因此，根據非限制實施例的方法可以被稱為不轉移石墨烯而制造石墨烯器件的方法，即無轉移工藝(transfer-free process)。沿圖4B的線A-A’截取的截面圖可以與圖3C相同，因此圖3C的結構可以被看作根據非限制實施例的晶體管的截面圖。將參照圖3C描述根據非限制實施例的晶體管。第一保護層Pl可以設置在第二基板SUB2上，第一絕緣層ILl可以設置在第一保護層Pl上。第二基板SUB2可以為例如聚合物基板。第一保護層Pl可以由絕緣材料形成，因此第一保護層Pl和第一絕緣層ILl可以被看作形成多層絕緣層。第一絕緣層ILl可以具有在其表面中的凹入部，“石墨烯器件部分”可以形成在該凹入部中。石墨烯器件部分可以包括柵極G1、形成在柵極Gl上的柵絕緣層GI1、在柵極Gl的兩側處形成在柵絕緣層GII上的源電極SI和漏電極Dl、以及形成為接觸源電極SI和漏電極Dl的石墨烯層GPl。石墨烯層GPl可以是溝道層。柵絕緣層GIl可以在石墨烯層GPl周圍延伸到第一絕緣層ILl上。柵絕緣層GIl的延伸到第一絕緣層ILl上的部分可以設置在與石墨烯層GPl相同(或相似)的高度處。柵極Gl可以與源電極SI和漏電極Dl交疊。可以進一步提供覆蓋石墨烯層GPl和柵絕緣層GIl的第二絕緣層IL2。圖6A至圖6D是示出根據非限制實施例的制造石墨烯器件的另一方法的截面圖。參照圖6A，在制備圖1B的結構之后，覆蓋源電極S1、漏電極Dl和石墨烯層GPl的保護層Pl可以形成在第一基板SUBl上。保護層Pl可以利用與圖1F示出的第一保護層Pl相同(或相似)的材料和方法形成。接著，第二 基板SUB2可以附接在保護層Pl上。第二基板SUB2可以利用與圖1G示出的第二基板SUB2相同(或相似)的材料和方法形成。根據情況，預定的或期望的粘著層(未示出)可以進一步設置在保護層Pl與第二基板SUB2之間。石墨烯層GP1、源電極S I和漏電極Dl可以構成器件部分DP2。與圖1E所示的器件部分DPl不同，器件部分DP2可以不完全地形成。參照圖6B，第一基板SUBl可以被移除/分離。第一基板SUBl可以通過蝕刻催化劑層CTl或中間層NI而被移除/分離。根據當前實施例，催化劑層CTl被蝕刻以移除/分離第一基板SUBl。移除/分離第一基板SUBl的方法可以與參照圖1H描述的方法相同(或類似)，或者可以改變。參照圖6C，其上形成石墨烯層GPl、源電極SI和漏電極Dl的第二基板SUB2可以被翻轉，柵絕緣層Gil’可以形成在石墨烯層GPl和保護層Pl上。柵絕緣層Gil’可以利用與圖1C的柵絕緣層GIl相同(或相似)的材料和方法形成。柵極G1’可以形成在柵絕緣層Gil’上。柵極G1’可以設置在源電極SI和漏電極Dl之間的石墨烯層GPl上方。圖6C中示出的晶體管可以具有如圖7A所示的平面結構。圖7A的平面結構類似于圖4A的平面結構。然而，柵極G1’設置在石墨烯層GPl和柵絕緣層Gil’上。在圖7A中，附圖標記HH、PD2和TO3’分別表示第一焊墊部、第二焊墊部和第三焊墊部。沿圖7A的線A-A’截取的截面圖可以為圖6C的視圖。接著，可以形成圖6D所示的結構。圖6D可以對應于關于圖7A的第一焊墊部roi和第二焊墊部ro2的操作。具體地，分別暴露第一焊墊部PDi和第二焊墊部TO2的第一接觸孔ΗΓ和第二接觸孔H2’可以通過蝕刻部分的柵絕緣層Gir而形成。圖6D的截面圖可以對應于圖7B的平面結構。沿圖7B的線B-B’截取的截面圖可以如圖6D所示。圖7A和圖7B的石墨烯層GP1、源電極S1、漏電極Dl和柵極G1’僅是示例，也可以改變。例如，石墨烯層GPl可以具有與圖5的石墨烯層GP1’相同或相似的形式。在參照圖6A至圖6D描述的實施例中，第二基板SUB2用作最終基板，可以省略圖1J的附接第三基板SUB3的操作和圖1K的移除第二基板SUB2的操作。因此，制造方法可以被簡化。此外，在參照圖6A至圖6D描述的方法中，在第一基板SUBl和第二基板SUB2形成在器件部分DP2兩側上(B卩，下面和上面)時，第一基板SUBl被移除，第二基板SUB2被用作最終基板，因此，不包括石墨烯層GPl的直接轉移操作。因此，可以防止或最小化在石墨烯層被直接轉移時發生的對石墨烯層的損傷或污染。沿圖7B的線A-A’截取的截面圖可以是圖6C的視圖，因此，圖6C可以被看作根據非限制實施例的晶體管的截面圖。將參照圖6C描述根據非限制實施例的晶體管。保護層Pl可以設置在第二基板SUB2上。第二基板SUB2可以為例如聚合物基板。彼此分離的源電極SI和漏電極Dl可以被包括在保護層Pl中。可以形成連接源電極SI和漏電極Dl的石墨烯層GP1。源電極SI和漏電極Dl可以分別設置在石墨烯層GPl的第一區和第二區下面。石墨烯層GPl可以設置在與保護層Pl的上表面相同的高度處。換言之，石墨烯層GPl的上表面和在石墨烯層GPl附近的保護層Pl的上表面可以具有相同的水平(高度)。覆蓋石墨烯層GPl的柵絕緣層Gil’可以設置在保護層Pl上。柵極G1’可以設置在柵絕緣層Gil’上。柵極G1’可以設置在源電極SI與漏電極Dl之間的石墨烯層GPl上方。根據非限制實施例，多個器件部分DPl可以形成在第一基板SUBl上，然后該多個器件部分DPl可以 利用圖案化操作被分離。然后，可以移除第一基板SUB1。這將參照圖8A至圖8E詳細描述。
參照圖8A，包括多個器件部分DPlO的堆疊結構(器件層)可以形成在第一基板SUBlO上。多個器件部分DPlO可以每個具有與圖1F的器件部分DPl相同的結構。包括多個器件部分DPlO的堆疊結構(器件層)可以具有連續結構。催化劑層CTlO可以設置在第一基板SUBlO與多個器件部分DPlO之間。中間層NlO可以進一步設置在第一基板SUBlO與催化劑層CTlO之間。附圖標記GP10、S10、D10、GI10、G10、IL10和PlO分別表示石墨烯層、源電極、漏電極、柵絕緣層、柵極、絕緣層和保護層。參照圖8B，形成在第一基板SUBlO上的堆疊結構，也就是包括多個器件部分DPlO的器件層，可以被圖案化以分離多個器件部分DP10。可以通過從保護層PlO蝕刻到中間層NlO來執行該圖案化操作直到暴露第一基板SUBlO的上表面。或者，蝕刻操作也可以僅從保護層PlO執行到催化劑層CT10。在此情況下，中間層NlO可以不被蝕刻而是保持為連續層。預定的或期望的溝槽TlO可以通過圖案化操作而形成在器件部分DPlO之間。當從上方觀看時，通過圖案化操作分離的多個器件部分DPlO可以規則地布置為多個行和列。此外，當從上方觀看時，形成在多個器件部分DPlO之間的溝槽TlO可以具有類似于網狀結構的結構。在這方面，上述圖案化操作可以被稱作網狀圖案化。參照圖SC，第 二基板SUB2可以被附接在多個器件部分DPlO上。由于溝槽TlO形成在多個器件部分DPlO之間，所以當第二基板SUB20被附接時，氣泡(空氣)可以通過溝槽TlO泄漏。因此，第二基板SUB20可以被容易地附接。第二基板SUB20可以支撐多個器件部分DP10。第二基板SUB20可以由利用與圖1G的第二基板SUB2基本相同的材料形成的基板來形成。參照圖8D，預定的、期望的或給定的蝕刻溶液(未示出)可以注入到多個器件部分DPlO之間的溝槽TlO以蝕刻催化劑層CTlO或中間層N10。根據非限制實施例，示出了對于催化劑層CTlO的蝕刻工藝。由于蝕刻溶液可以相對容易地注入在多個器件部分DPlO之間，所以催化劑層CTlO可以被相對容易地蝕刻。即使當第一基板SUBlO是大尺寸基板時，催化劑層CTlO也可以在短時間內被相對容易地移除。這意味著第一基板SUBlO可以相對容易地移除/分離。由于催化劑層CTlO被蝕刻以移除第一基板SUB10，所以催化劑層CTlO可以被稱為一種犧牲層。當通過蝕刻中間層NlO而不是催化劑層CTlO來移除第一基板SUBlO時，中間層NlO可以被稱為犧牲層。催化劑層CTlO可以是金屬層，中間層NlO可以是絕緣層，犧牲層可以是金屬層或絕緣層。在圖SE中示出了圖8D中移除/分離第一基板SUBlO之后的所得結構。器件部分DPlO可以具有與圖1H的器件部分DPl相同的結構。然后，雖然沒有在附圖中示出，但是可以對圖SE的結構執行預定的或期望的后續操作。后續操作可以類似于圖1I至圖1L示出的那些。圖8A至圖SE所示的方法可以類似地不僅應用于圖1A至圖1L所示的操作，還應用于圖3A至圖3D所示的操作以及圖6A至圖6D所示的操作。當使用圖8A至圖SE所示的方法時，根據示例實施例的制造石墨烯器件的方法也可以應用于具有300mm或更大直徑的大尺寸基板。因此，根據以上非限制實施例中的一個或多個，可以提高石墨烯器件的生產率并且可以降低其制造成本。雖然已經參照不同的示例實施例具體示出和描述了本公開，但是示例實施例應當僅被認為是描述性的含義而不是為了限制的目的。例如，本領域技術人員將理解，可以對根據示例實施例的石墨烯器件的制造方法及通過所述方法制造的石墨烯器件進行形式和細節上的各種變化。此外，除石墨烯晶體管之外，上述示例實施例也可以應用于其他石墨烯器件。因此，本公開的范圍不受具體描述中的示例的限制，而由權利要求書限定。本申請要求于2012年I月26日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請N0.10-2012-00077 97的優先權，其公開內容通過引用整體結合于此。
權利要求
1.一種制造石墨烯器件的方法，該方法包括: 在第一基板上形成石墨烯層； 在所述第一基板上形成器件部分，所述器件部件包括所述石墨烯層； 將第二基板附接到所述器件部分上；以及 移除所述第一基板。
2.根據權利要求1所述的方法，其中形成所述器件部分包括形成分別接觸所述石墨烯層的第一區和第二區的源電極和漏電極。
3.根據權利要求2所述的方法，其中形成所述器件部分包括: 形成覆蓋所述石墨烯層、所述源電極和所述漏電極的柵絕緣層；和 在所述柵絕緣層上且在所述源電極與所述漏電極之間形成柵極。
4.根據權利要求3所述的方法，還包括: 形成覆蓋所述器件部分且在所述器件部分與所述第二基板之間的絕緣層；和蝕刻部分的所述絕緣層和部分的所述柵絕緣層以暴露所述源電極、所述漏電極和所述柵極。
5.根據權利要求3所述的方法，還包括: 在移除所述第一基板之后，將第三基板附接在所述器件部分上，其中所述器件部分設置在所述第二基板與所述第三基板之間。
6.根據權利要求5所述的方法，還包括: 移除所述第二基板。
7.根據權利要求5所述的方法，其中附接所述第三基板包括選擇玻璃基板、塑料基板和聚合物基板之一作為所述第三基板。
8.根據權利要求5所述的方法，其中附接所述第三基板包括選擇柔性基板作為所述第二基板。
9.根據權利要求5所述的方法，還包括: 在所述器件部分與所述第三基板之間形成保護層。
10.根據權利要求3所述的方法，還包括: 在移除所述第一基板之后，形成覆蓋所述器件部分的絕緣層，其中所述器件部分設置在所述絕緣層與所述第二基板之間。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括: 形成分別從所述源電極、所述漏電極和所述柵極延伸的第一焊墊部、第二焊墊部和第三焊墊部，所述絕緣層覆蓋所述第一至第三焊墊部；和 蝕刻部分的所述絕緣層以暴露所述第一至第三焊墊部。
12.根據權利要求2所述的方法，還包括: 在移除所述第一基板之后，形成覆蓋所述石墨烯層、所述源電極和所述漏電極的柵絕緣層；和 在所述柵絕緣層上且在所述源電極與所述漏電極之間形成柵極。
13.根據權利要求12所述的方法，還包括: 從所述源電極和所述漏電極分別形成第一焊墊部和第二焊墊部；和 蝕刻部分的所述柵絕緣層以暴露所述第一焊墊部和所述第二焊墊部。
14.根據權利要求1所述的方法，還包括: 在所述第一基板與所述石墨烯層之間形成催化劑層。
15.根據權利要求14所述的方法，還包括: 在所述第一基板與所述催化劑層之間形成中間層。
16.根據權利要求14所述的方法，其中移除所述第一基板包括蝕刻所述催化劑層。
17.根據權利要求15所述的方法，其中移除所述第一基板包括蝕刻所述催化劑層和所述中間層之一。
18.根據權利要求1所述的方法，還包括: 在附接所述第二基板之前，在所述第一基板上形成覆蓋所述器件部分的保護層。
19.根據權利要求1所述的方法，其中附接所述第二基板包括選擇聚合物基板作為所述第二基板。
20.根據權利要求1所述的方法，還包括: 在所述第一基板上形成包括多個所述器件部分的器件層；和 通過圖案化所述器件層而分離所述多個器件部分。
21.根據權利要求20所述的方法，還包括: 在所述第一基板與所述器件層之間形成犧牲層。
22.根據權利要求21所述的方法，其中移除所述第一基板包括通過在所述多個器件部分之間注入蝕刻溶液而蝕刻所述犧牲層。
23.根據權利要求21所述的方法，其中形成所述犧牲層包括選擇金屬層或絕緣層作為所述犧牲層。
24.一種石墨稀晶體管，包括: 在基板上的第一絕緣層，所述第一絕緣層具有凹入部； 石墨烯器件部分，在所述第一絕緣層的所述凹入部上；和 第二絕緣層，覆蓋所述石墨烯器件部分， 其中所述石墨烯器件部分包括: 柵極； 柵絕緣層，覆蓋所述柵極； 源電極和漏電極，在所述柵極兩側的所述柵絕緣層上；和 石墨烯層，接觸所述源電極和所述漏電極。
25.根據權利要求24所述的石墨烯晶體管，其中所述柵絕緣層在所述石墨烯層周圍延伸到所述第一絕緣層上。
26.根據權利要求25所述的石墨烯晶體管，其中所述柵絕緣層的一部分延伸到所述第一絕緣層上并具有與所述石墨烯層相同的高度。
27.根據權利要求24所述的石墨烯晶體管，其中所述柵極與所述源電極和所述漏電極交疊。
28.根據權利要求24所述的石墨烯晶體管，其中所述基板是聚合物基板。
29.—種石墨稀晶體管，包括: 在基板上的保護層； 在所述保護層中的彼此分離的源電極和漏電極；石墨烯層，連接所述源電極和所述漏電極并設置在與所述保護層的上表面相同的高度處； 柵絕緣層，在所述保護層上并覆蓋所述石墨烯層；和 柵極，在所述柵絕緣層上并設置在所述源電極與所述漏電極之間的石墨烯層上方。
30.根據權利要求29所述的石墨烯晶體管，其中所述石墨烯層的上表面與在所述石墨烯層周圍的所述保護層的上表面處于相同的高度。
31.根據權利要求29所述的石墨烯晶體管，其中所述源電極設置在所述石墨烯層的第一區下面，所述漏電極設置在所述石墨烯層的第二區下面。
32.根據權利要求29 所述的石墨烯晶體管，其中所述基板是聚合物基板。
全文摘要
本發明提供了石墨烯晶體管以及制造石墨烯器件的方法。制造石墨烯器件的方法可以包括在第一基板上形成包括石墨烯層的器件部分；將第二基板附接在第一基板的器件部分上；以及移除第一基板。移除第一基板可以包括蝕刻第一基板與石墨烯層之間的犧牲層。在移除第一基板之后，第三基板可以附接在器件部分上。在附接第三基板之后，可以移除第二基板。
文檔編號H01L29/78GK103227103SQ201210497438
公開日2013年7月31日 申請日期2012年11月29日 優先權日2012年1月26日
發明者李昌承, 李周浩, 金容誠, 文彰烈 申請人:三星電子株式會社