石墨烯結構、石墨烯器件及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體制造領域，尤其涉及一種石墨烯納米帶、石墨烯器件及其制造方法。
【背景技術】
[0002]隨著半導體技術的飛速發展，對集成電路器件的集成度以及性能提出了更高的要求，新材料、新工藝、新器件不斷的被提出并研究。
[0003]石墨烯作為一種二維結構的新型材料自2004年被分離制備出來以后就獲得了廣泛的關注，迅速成為了研究熱點。由于石墨烯在室溫下具有超高的載流子遷移率，若將石墨烯作為溝道材料制作晶體管，石墨烯器件將具有更好的性能。然而石墨烯本身不具有能隙，因此石墨烯晶體管不具有高的開關比，不能被用于有高開關比需求的應用中。如何打開石墨烯的能隙，提高石墨烯器件的開關比成了石墨烯器件研究中的一個難題。
[0004]將石墨烯制作為納米帶是打開石墨烯能帶的方法之一，這對制備工藝提出了更高的要求，目前，提出了使用電子束曝光技術、化學方法的可向異性刻蝕、聲化學方法、碳納米管裁剪法、碳化硅基外延、有機合成、金屬模板直接生長等方法進行石墨烯納米帶的制備，但很多方法都難易大規模集成使用，有的不能提供足夠窄的納米條帶和足夠平滑的邊緣。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種石墨烯結構及器件的制造方法，易大規模集成使用。
[0006]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0007]一種石墨烯結構的制造方法，包括:
[0008]提供襯底，所述襯底上具有溝槽；
[0009]在所述溝槽中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層；
[0010]在催化劑層的上端面上生長石墨烯層。
[0011]可選地，所述溝槽由襯底的第一介質層形成，在所述溝槽中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層的步驟具體包括:
[0012]進行至少一次淀積工藝，以形成第二介質層與催化劑層相間隔的層疊結構，淀積工藝包括:層疊淀積催化劑層和第二介質層；
[0013]進行平坦化，直至暴露第一介質層，以在溝槽中形成層疊結構。
[0014]可選地，采用ALD的方法淀積第二介質層和催化劑層。
[0015]可選地，所述催化劑層的厚度小于10nm。
[0016]此外，本發明還提供了一種石墨烯結構，包括:
[0017]襯底，襯底上形成有溝槽；
[0018]填滿溝槽的層疊結構，層疊結構包括沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層；
[0019]催化劑層的端面上的石墨烯層。
[0020]可選地，所述溝槽由襯底的第一介質層形成，所述層疊結構為在所述溝槽內壁上層疊形成的相間隔的第二介質層與催化劑層。
[0021]可選地，所述催化劑層的厚度小于10nm。
[0022]此外，本發明還提供了利用上述石墨烯結構制備石墨烯器件的方法，包括:
[0023]采用上述任一石墨烯結構的制造方法形成石墨烯層；
[0024]在石墨烯層上形成橫跨溝槽的源漏電極；
[0025]覆蓋在源漏電極之間的石墨烯層，形成橫跨溝槽的柵介質層；
[0026]在柵介質層上形成柵電極；
[0027]釋放溝槽中的層疊結構。
[0028]可選地，所述柵介質層進一步覆蓋源漏電極。
[0029]此外，本發明還提供了上述方法形成的石墨烯器件，包括:
[0030]襯底，襯底上形成有溝槽；
[0031 ] 橫跨溝槽的源漏電極；
[0032]在源漏電極之間、橫跨溝槽的柵介質層；
[0033]柵介質層上的柵電極；
[0034]沿溝槽方向、連續設置于朝向溝槽的源漏電極、柵介質層下的石墨烯層。
[0035]本發明提供的石墨烯結構及其制造方法，通過在溝槽中形成相互間隔的催化劑層，進而在催化劑層的端面上生長石墨烯層，來形成石墨烯條帶，尤其適合尺寸更小的納米帶的制備，易大規模集成使用，并易于集成石墨烯器件。
【附圖說明】
[0036]為了更清楚地說明本發明實施的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1-圖9為根據本發明實施例制造石墨烯器件的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0038]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明石墨烯結構及石墨烯器件的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0039]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0040]其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0041]首先，提供襯底100，所述襯底上具有溝槽110，如圖2所示。
[0042]在本發明中，所述襯底可以為具有絕緣層的復合襯底，也可以為絕緣襯底。本實施例中，所述襯底為娃襯底100,其上形成有第一介質層102,如圖1所不。在第一介質層102中形成有溝槽110。在本實施例中，具體地，在硅襯底100上沉積第一介質層102，如氧化硅，而后，進行刻蝕，并以硅襯底為停止層，以形成溝槽110，當然，刻蝕也可以并不停止在硅襯底上，而保留一定厚度的第一介質層，溝槽的深度優選為1.5-2微米。
[0043]而后，在所述溝槽110中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層120-1，如圖4所示。
[0044]具體地，在該實施例中，首先淀積第二介質層120-2，而后淀積催化劑層120-1，進而重復兩次該兩個淀積步驟，最后填滿第二介質層，從而形成了由第二介質層120-2相互間隔開三層催化劑層120-1的疊層結構120，如圖3所示。在下一步驟進行平坦化后，從端面看，形成了 6條沿溝槽方向相互間隔的催化劑層，如圖4所示。
[0045]在本發明中，層疊淀積第二介質層和催化劑層的次數可以根據需要進行選擇，以形成所需層數和厚度的催化劑層。例如，在其他實施例中，可以僅進行第二介質層和催化劑層的一次淀積，具體地，先進行所需厚度的催化劑層的淀積，而后繼續填滿第二介質層，這樣，在進行平坦化后，從端面看，形成了 2條沿溝槽方向間隔開的催化劑層(圖未示出)。
[0046]可以根據刻蝕的選擇性以及與其它工藝的集成度來具體選擇第二介質層的材料，本實施例中，第二介質層為氧化鋁。催化劑層為形成石墨烯的催化劑材料，常用的如過渡金屬的金屬催化劑，N1、Cu、Ru等。本實施例中，催化劑層為Cu。催化劑層120-1的厚度可以小于10nm，以在后續步驟中形成納米級的石墨烯條帶，當然，可以根據器件及工藝的需要來選擇催