CN105632900B - 一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法 - Google Patents
一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，该方法包括：在石墨烯上沉积金属镍薄层、二氧化硅介质层；在二氧化硅介质层上制作栅槽；采用湿法腐蚀的方法腐蚀金属镍；在石墨烯上沉积栅介质，制备栅金属电极；以栅金属电极为掩膜，刻蚀栅介质层，并侧向横刻蚀二氧化硅；腐蚀金属镍，自对准沉积源漏金属形成源漏金属电极。本发明通过自对准工艺有效减小栅源、栅漏间距，减小寄生电阻，提高石墨烯顶栅器件的性能。
Description
技术领域
本发明涉及石墨烯场效应晶体管器件的制备技术领域。利用自对准方法制备石墨烯顶栅FET器件，减小器件源漏寄生电阻，提高器件的直流和射频特性。
背景技术
以石墨烯为材料的纳米电子材料，由于其超高的载流子迁移率和载流子饱和速度，被认为是具有极大的应用前景，替代硅材料的可选项之一。由于石墨烯材料的化学和物理特性较传统半导体比较特殊，采用传统半导体技术制备石墨烯器件已经不适用，为此创新各种工艺手段制备性能良好的石墨烯器件成为当前石墨烯器件制备技术发展的一个重要课题。采用自对准工艺可以有效的降低器件的源漏寄生电阻，这一技术已经被广泛应用到传统半导体器件中，应用到石墨烯器件中，可以有效的降低器件的寄生电阻，减小器件的栅源和栅漏间距，从而实现高性能的石墨烯顶栅器件。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明所要解决的技术问题是现有石墨烯器件源漏寄生电阻大影响器件特性的突出问题，本发明通过一种自对准工艺技术制备石墨烯顶栅器件，通过二氧化硅刻蚀栅槽的方法减小栅长，通过介质刻蚀和镍金属腐蚀形成自对准源漏工艺技术减小栅源和栅漏间距，从而降低器件寄生电阻，提高器件特性，实现高性能石墨烯顶栅器件。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明提高一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，该方法包括：
(1)在石墨烯上沉积金属镍薄层、二氧化硅介质层；
(2)在二氧化硅介质层上制作栅槽；
(3)采用湿法腐蚀的方法腐蚀金属镍；
(4)在石墨烯上沉积栅介质，制备栅金属电极；
(5)以栅金属电极为掩膜，刻蚀栅介质层，并侧向横刻蚀二氧化硅；
(6)腐蚀金属镍，自对准沉积源漏金属形成源漏金属电极。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(1)中，采用电子束蒸发的方式在石墨烯材料上蒸发金属镍，金属镍的厚度为5到10纳米；然后采用PECVD的方法沉积二氧化硅，二氧化硅的厚度为10-30 纳米。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(2)中在二氧化硅上制作栅槽的方法是采用电子束光刻胶掩膜，如ZEP光刻胶，制备栅长小于50纳米的胶槽，采用ICP刻蚀系统，氟等离子体如六氟化硫、四氟化碳等刻蚀气体，刻蚀二氧化硅，从而形成栅槽，然后采用有机溶剂去掉电子束光刻胶。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(3)中在金属镍的腐蚀是以二氧化硅为掩膜进行的，采用盐酸和水的体积比为1：3的混合溶液，对金属Ni进行腐蚀。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(4)中栅介质采用原子层沉积方法沉积，主要的高K材料为三氧化二铝、氧化镧、氧化铱等，高K介质的沉积厚度为3-10纳米，栅金属采用电子束光刻和剥离工艺制备而成，栅金属长度大于栅槽长度。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(5)中,采用干法刻蚀的方法刻蚀高K介质和二氧化硅，主要采用氟等离子体进行该工艺，氟等离子体在低功率下不与镍金属进行反应，可以实现在金属镍上选择性停止刻蚀；并通过增加氟等离子体浓度的方法提高二氧化硅的侧向刻蚀。
在上述方案中，所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，在步骤(6)中腐蚀采用盐酸和水的体积比为1：3的混合溶液，然后自对准蒸发源漏金属，完成器件制备。
(三)有益效果
从上述技术方案中可以看出，本发明具有以下有益效果：
1.本发明提供的自对准工艺方法制备的石墨烯器件的制备方法，通过二氧化硅和镍金属双层掩膜制作栅槽，在栅工程中降低了栅介质生长、T型栅金属制备的成本，有效的降低了栅介质生长过程中的表面沾污。
2.本发明提供的自对准工艺方法制备的石墨烯器件的制备方法，在源漏侧，通过刻蚀和腐蚀的方法降低源漏寄生电阻的同时，降低了源漏处的寄生电容。
3.本发明提供的自对准工艺方法制备的石墨烯器件的方法，全部工艺与硅工艺兼容，具有良好的可行性和可重复性。
附图说明：
图1为自对准工艺方法制备的石墨烯器件的制备方法流程图
图2-8为本发明中具体实施例中的工艺流程图
其中101为二氧化硅基底，102为石墨烯导电层，103为金属镍，104为氧化硅，105为氧化铝介质层，106为栅金属，107为源漏金属。
具体实施方法
本实施例提供一种自对准工艺方法制备的石墨烯器件的制备方法，如图2-8所示，在本实施例中，以二氧化硅作为绝缘衬底，石墨烯作为导电通道，氧化铝作为栅介质，金属钛/金作为栅金属电极，钛/钯/金作为源漏金属电极，该方法包括如下步骤：
步骤一：如图2所示，在石墨烯上采用电子束蒸发的方式沉积金属镍薄层20 纳米，然后采用PECVD的方式沉积二氧化硅介质层20纳米；
步骤二：如图3所示，采用电子束光刻的方法，采用ZEP520电子束胶，在二氧化硅薄层上制作40纳米长的电子束胶槽；再采用等离子体刻蚀的方法刻蚀二氧化硅，刻蚀气体为四氟化碳，刻蚀到金属镍后，停止刻蚀；最后用有机溶剂去掉ZEP520光刻胶。
步骤三：如图4所示，采用湿法腐蚀的方法，以二氧化硅为掩膜，腐蚀金属镍，腐蚀溶液为盐酸和水以体积比为1：3的混合溶液，侧向腐蚀控制为30-40 纳米。
步骤四：如图5所示，采用原子层沉积的方法在整个衬底上沉积高K介质三氧化二铝，厚度为10纳米。
步骤五：如图6所示，采用电子束光刻胶光刻的方法在栅槽上方光刻出栅金属脚槽，栅金属光刻胶槽确定的栅金属长度大约栅槽长度，保证栅金属对栅槽的全覆盖，然后采用电子束蒸发的方式蒸发栅金属钛/金 (Ti/Au＝10/300nm)，对栅槽的覆盖冗余位100纳米。
步骤六：如图7所示，以栅金属为掩膜腐蚀三氧化二铝介质，腐蚀液为氢氧化钾(5％)的水溶液，然后采用等离子体刻蚀的方法刻蚀氧化硅介质，侧向刻蚀深度为50纳米。
步骤七：如图8所示，腐蚀源漏区域的金属镍，金属腐蚀液为盐酸与水体积比为1：3的混合溶液，然后自对准蒸发钛/钯/金(Ti/Pd/Au＝5/5/10纳米)，制作完成器件。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，该方法包括：
(1)在石墨烯上沉积金属镍薄层、二氧化硅介质层；
(2)在二氧化硅介质层上制作栅槽；
(3)采用湿法腐蚀的方法腐蚀金属镍；
(4)在石墨烯上沉积栅介质，制备栅金属电极；
(5)以栅金属电极为掩膜，刻蚀栅介质层，并侧向横刻蚀二氧化硅；
(6)腐蚀金属镍，自对准沉积源漏金属形成源漏金属电极。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(1)中金属镍的厚度为5到10纳米，二氧化硅的厚度为10‐30纳米。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(2)中在二氧化硅上制作栅槽的方法是采用电子束光刻胶掩膜，制备栅长小于50纳米的胶槽，采用等离子体刻蚀的方法刻蚀二氧化硅，从而形成栅槽。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(3)中在金属镍的腐蚀是以二氧化硅为掩膜进行的，采用湿法腐蚀的方法进行的。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(4)中栅介质采用原子层沉积方法沉积，沉积厚度为3‐10纳米，栅金属采用电子束光刻和剥离工艺制备而成，栅金属长度大于栅槽长度。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(5)中二氧化硅的刻蚀采用氟等离子体刻蚀，在金属镍上选择性停止刻蚀。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯自对准顶栅场效应晶体管器件的制备方法，其特征在于：所述在步骤(6)中腐蚀镍仍然采用湿法腐蚀方法，然后自对准蒸发源漏金属。
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