一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及石墨烯場效應晶體管器件的制備技術領域。利用自對準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】
[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，被認為是具有極大的應用前景，替代硅材料的可選項之一。由于石墨烯材料的化學和物理特性較傳統半導體比較特殊，采用傳統半導體技術制備石墨烯器件已經不適用，為此創新各種工藝手段制備性能良好的石墨烯器件成為當前石墨烯器件制備技術發展的一個重要課題。采用自對準工藝可以有效的降低器件的源漏寄生電阻，這一技術已經被廣泛應用到傳統半導體器件中，應用到石墨烯器件中，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，從而實現高性能的石墨烯頂柵器件。
【發明內容】
[0003](一)要解決的技術問題
本發明所要解決的技術問題是現有石墨烯器件源漏寄生電阻大影響器件特性的突出問題，本發明通過一種自對準工藝技術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，通過介質刻蝕和鎳金屬腐蝕形成自對準源漏工藝技術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，實現高性能石墨烯頂柵器件。
[0004](二)技術方案
為了達到上述目的，本發明提高一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，該方法包括:
(1)在石墨稀上沉積金屬鎳薄層、二氧化娃介質層；
(2)在二氧化硅介質層上制作柵槽；
(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，制備柵金屬電極；
(5)以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質層，并側向橫刻蝕二氧化硅；
(6)腐蝕金屬鎳，自對準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準頂柵場效應晶體管器件的方法，在步驟
(1)中，采用電子束蒸發的方式在石墨烯材料上蒸發金屬鎳，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準頂柵場效應晶體管器件的方法，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，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準頂柵場效應晶體管器件的方法，在步驟(3)中在金屬鎳的腐蝕是以二氧化硅為掩膜進行的，采用鹽酸和水的體積比為1:3的混合溶液，對金屬Ni進行腐蝕。
[0008]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，在步驟
(4)中柵介質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準頂柵場效應晶體管器件的方法，在步驟
(5)中，采用干法刻蝕的方法刻蝕高K介質和二氧化硅，主要采用氟等離子體進行該工藝，氟等離子體在低功率下不與鎳金屬進行反應，可以實現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向刻蝕。
[0010]在上述方案中，所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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，然后自對準蒸發源漏金屬，完成器件制備。
[0011](三)有益效果
從上述技術方案中可以看出，本發明具有以下有益效果:
1.本發明提供的自對準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生長、T型柵金屬制備的成本，有效的降低了柵介質生長過程中的表面沾污。
[0012]2.本發明提供的自對準工藝方法制備的石墨烯器件的方法，在源漏側，通過刻蝕和腐蝕的方法降低源漏寄生電阻的同時，降低了源漏處的寄生電容。
[0013]3.本發明提供的自對準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性。
[0014]【附圖說明】:
圖1為自對準工藝方法制備的石墨烯器件的方法流程圖圖2-8為本發明中具體實施例中的工藝流程圖
其中101為二氧化娃基底，102為石墨稀導電層，103為金屬鎳，104為氧化娃，105為氧化招介質層，106為柵金屬，107為源漏金屬。
[0015]具體實施方法
本實施例提供一種自對準工藝方法制備的石墨烯器件的方法，如圖2-8所示，在本實施例中，以二氧化硅作為絕緣襯底，石墨烯作為導電通道，氧化鋁作為柵介質，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襯底上沉積高K介質三氧化二鋁，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，保證柵金屬對柵槽的全覆蓋，然后采用電子束蒸發的方式蒸發柵金屬鈦/金(Ti/Au=10/300nm)，對柵槽的覆蓋冗余位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，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，側向刻蝕深度為50納米。
[0021]步驟七:如圖8所示，腐蝕源漏區域的金屬鎳，金屬腐蝕液為鹽酸與水體積比為1:3的混合溶液，然后自對準蒸發鈦/鈀/金(Ti/Pd/Au=5/5/10納米)，制作完成器件。
[0022]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，該方法包括: (1)在石墨稀上沉積金屬鎳薄層、二氧化娃介質層； (2)在二氧化硅介質層上制作柵槽； (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，制備柵金屬電極； (5)以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質層，并側向橫刻蝕二氧化硅； (6)腐蝕金屬鎳，自對準沉積源漏金屬形成源漏金屬電極。2.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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行的，采用濕法腐蝕的方法進行的。5.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，其特征在于:所述在步驟(4)中柵介質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.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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.根據權利要求1所述的一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，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，然后自對準蒸發源漏金屬。
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯自對準頂柵場效應晶體管器件的方法，該方法包括：在石墨烯上沉積金屬鎳薄層、二氧化硅介質層；在二氧化硅介質層上制作柵槽；采用濕法腐蝕的方法腐蝕金屬鎳；在石墨烯上沉積柵介質，制備柵金屬電極；以柵金屬電極為掩膜，刻蝕二氧化硅介質層，并側向橫刻蝕二氧化硅；腐蝕金屬鎳，自對準沉積源漏金屬形成源漏金屬電極。本發明通過自對準工藝有效減小柵源、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】CN105632900
【申請號】CN201511026682
【發明人】劉麗蓉
【申請人】東莞市青麥田數碼科技有限公司
【公開日】2016年6月1日
【申請日】2015年12月29日