基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法技术

本发明专利技术公开了一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，涉及半导体器件的制造方法技术领域。所述方法在于：在衬底上形成金属薄膜，在金属薄膜上形成石墨烯材料再在石墨烯材料上形成金属薄膜，利用光刻胶图形，去除未被光刻胶覆盖的地方的两层金属以及石墨烯层；形成设计的源、栅和漏的金属电极，并在源漏之间形成所需要的栅光刻胶图形，腐蚀掉暴漏出来的金属以及石墨烯材料下面的金属，形成器件沟道的悬浮，在暴漏出来的石墨烯表面形成种子层，在种子层上形成栅介质，然后在栅介质上形成栅金属，最终形成悬浮石墨烯晶体管。所述方法简单易行，可有效的避免器件加工工艺对石墨烯的污染，避免衬底对沟道区石墨烯的散射，提高石墨烯晶体管的性能。

【技术实现步骤摘要】
基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法
本专利技术涉及半导体器件的制作方法
，尤其涉及一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法。
技术介绍
石墨烯是一种具有理想二维晶体结构的碳质新材料，是目前已知导电性能最出色的材料，其饱和漂移速度为5.5×107cm/s，载流子迁移率大于200000cm2/Vs，适用于制作超高频器件。然而载流子的散射是影响二维的石墨烯材料特性的主要因素之一。表面陷阱、界面声子、衬底和制备工艺过程中引入的杂质等是石墨烯材料的主要散射源。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，所述方法可有效的避免衬底对沟道石墨烯的散射，避免器件加工工艺对石墨烯的污染，减小栅源和栅漏之间的间距，从而提高石墨烯晶体管的性能。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于包括以下步骤：1)在衬底上沉积第一层金属；2)在第一层金属上形成石墨烯层；3)在石墨烯层上沉积第二层金属；4)在第二层金属上，通过光刻胶图形覆盖所需要的区域；5)用光刻胶图形作为掩膜，去除掉暴露出来的第二层金属；6)用光刻胶图形作为掩膜，刻蚀掉暴露出来的石墨烯层；7)用光刻胶图形作为掩膜，去除掉暴露出来的第一层金属，然后去除光刻胶图形，形成有源区；8)形成源极、栅极和漏极的金属电极，其中源极和漏极与有源区的金属相连接；9)在源极和漏极之间，用光刻胶形成栅掩膜图形；10)利用光刻胶形成的栅图形做掩膜，使用腐蚀液去除暴露出来的第二层金属，由于腐蚀液的钻蚀，也会同时腐蚀掉暴露出来的石墨烯层下面的第一层金属，形成部分悬空的石墨烯层；11)在悬空的石墨烯层上形成栅金属，并去除栅掩膜图形的光刻胶；12)利用栅金属的掩膜作用，自对准形成第三层金属。优选的，在所述步骤10)和11)之间，还设有两个步骤，第一步，利用光刻胶形成的栅图形做掩膜，在暴露出来的石墨烯层上形成栅介质种子层；第二步，在栅介质种子层上形成栅介质；此时，步骤11)为，在栅介质上形成栅金属，并去除栅掩膜图形的光刻胶。优选的，所述衬底为绝缘层，所述绝缘层为SixOy、SixNy、BN、AlxOy、HfxOy、AlxNy、SiC，Si、Sapphire、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料PET、聚酰亚胺PI、聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上的混合物，其中x＝0.5-3，Y＝0-2。优选的，所述衬底还包括位于所述绝缘层下侧的基底层，所述基底层为半导体材料、导电材料或不同于绝缘层材料中的一种或两种以上的混合物。优选的，所述步骤2)中石墨烯层的形成可以是直接沉积或外延在衬底上或者在其他材料上生长，然后经过剥离转移到衬底上，石墨烯层为一层以上。优选的，所述步骤1)中的第一层金属为可以被化学溶液腐蚀的金属，Au，Ti，Pt，，Pd，Ag，Cr，Cu，Al中的一种或两种以上的混合物；第一层金属由物理气相沉积、化学气相沉积、真空蒸发、电镀、化学镀层或者以上几种方法联合形成，第一层金属厚度在0.1nm到1000nm之间；第二层金属的选择和形成方式可参照第一层金属，可以与第一层金属相同也可以不同；所述步骤4)中光刻胶图形是通过平版印刷术形成所需要的图形，图形为设计的石墨烯晶体管有源区；所述步骤5)和步骤)7中使用氢氟酸、王水、碘化钾和碘的混合液、氨水与双氧水的混合液、硼酸溶液、盐酸溶液或硝酸与冰乙酸的混合液将暴露出来的第二层金属和第一层金属去除；步骤6)中暴露出来的石墨烯层通过氧等离子刻蚀或干法刻蚀去除。优选的，步骤8)中源极、栅极和漏极的金属电极为钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、金、钛、铝、铬、锗、钼、镍、钨、铜、钴、铁中的一种或至少两种相互组合的合金，厚度在0.1nm到1000nm之间；步骤9)中光刻胶栅掩膜图形为一层以上，栅图形可以是直栅、T型栅、T-T型栅、Y型栅、Γ型栅或V型栅；所述步骤10)中使用氢氟酸、王水、碘化钾和碘的混合液、氨水与双氧水的混合液、硼酸溶液、盐酸溶液或硝酸与冰乙酸的混合液将暴露出来的第二层金属和第一层金属去除。优选的，所述步骤11)中栅介质种子层为吸附的NO2、聚乙烯醇PVA、蒽甲醇或金属氧化物，种子层的厚度小于10nm；步骤12)中栅介质在种子层上形成，栅介质(13)为HfO2、ZrO2、La2O3、Al2O3、TlO2、SrTiO3、LaAlO3、Y2O3、HfOxNy、ZrOxNy、La2OxNy、Al2OxNy、TiOxNy、SrTiOxNy、LaAlOxNy、Y2OxNy、硅酸盐中的一种或两种的混合物，其中x＝0.5-3，Y＝0-2；步骤12)中栅介质可以由物理气相淀积PVD，化学气相淀积CVD，原子层气相淀积ALD，分子束外延MBE和溶胶凝胶Sol-Gel方法中的一种或至少两种方法相结合形成。优选的，所述步骤13)中栅金属为钌、铑、钯、银、锇、铱、铂、金、钛、铝、铬、锗、钼、镍、钨、铜、钴、铁中一种或两种以上的混合物，金属厚度在0.1nm到1000nm之间。优选的，所述步骤8)可以在步骤13)或步骤14)之后进行。采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法因石墨烯层为悬浮状态，完全消除了衬底对沟道石墨烯材料的影响，有效的避免器件加工工艺对石墨烯的污染，使源漏间距和栅长相当，减小栅源和栅漏之间的间距，减小石墨烯晶体管的栅-源、栅-漏之间的通道电阻，从而提高石墨烯晶体管的性能。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。图1是衬底经过实施例一中的步骤1)处理后的结构示意图；图2是图1经过实施例一中的步骤2)处理后的结构示意图；图3是图2经过实施例一中的步骤3)处理后的结构示意图；图4是图3经过实施例一中的步骤4)处理后的结构示意图；图5是图4经过实施例一中的步骤5)-步骤7)处理后的结构示意图；图6是实施例一中的步骤7)去除光刻胶图形后的结构示意图；图7是图6经过实施例一中的步骤8)处理后的结构示意图；图8是经过实施例一中的步骤8)处理后的立体结构示意图；图9是图7经过实施例一中的步骤9)处理后的结构示意图；图10是图9经过实施例一中的步骤10)处理后的结构示意图；图11是图10经过实施例一中的步骤11)处理后的结构示意图；图12是图11经过实施例一中的步骤12)处理后的结构示意图；图13-15是图12经过实施例一中的步骤13)处理后的结构示意图；图16是图14经过实施例一中的步骤14)处理后的结构示意图；是使用本方法后形成的石墨烯晶体管的结构示意图；图17是T型栅金属的结构示意图；其中：1、衬底2、绝缘层3、基底层4、第一层金属5、石墨烯层6、第二层金属7、光刻胶图形8、源极9、漏极10、栅极11、栅掩膜图形12、种子层13、栅介质14、栅金属15、第三层金属16、栅帽17、栅根。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于包括以下步骤：1）在衬底（1）上沉积第一层金属（4）；2）在第一层金属（4）上形成石墨烯层（5）； 3）在石墨烯层（5）上沉积第二层金属（6）；4）在第二层金属（6）上通过光刻胶图形（7）覆盖所需要的区域；5）用光刻胶图形（7）作为掩膜，去除掉暴露出来的第二层金属（6）；6）用光刻胶图形（7）作为掩膜，刻蚀掉暴露出来的石墨烯层（5）；7）用光刻胶图形（7）作为掩膜，去除掉暴露出来的第一层金属（4），然后去除光刻胶图形（7），形成有源区；8）形成源极（8）、栅极（10）和漏极（9）的金属电极，其中源极（8）和漏极（9）与有源区的金属相连接；9）在源极（8）和漏极（9）之间，用光刻胶形成栅掩膜图形（11）；10）利用光刻胶形成的栅图形做掩膜，使用腐蚀液去除暴露出来的第二层金属（6），由于腐蚀液的钻蚀，也会同时腐蚀掉暴漏出来的石墨烯层（5）下面的第一层金属（4），形成部分悬空的石墨烯层；11）在悬空的石墨烯层（5）上形成栅金属（14），并去除栅掩膜图形的光刻胶；12）利用栅金属（14）的掩膜作用，自对准形成第三层金属（15）。

【技术特征摘要】
1.一种基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于包括以下步骤：1）在衬底（1）上沉积第一层金属（4）；2）在第一层金属（4）上形成石墨烯层（5）；3）在石墨烯层（5）上沉积第二层金属（6）；4）在第二层金属（6）上通过光刻胶图形（7）覆盖所需要的区域；5）用光刻胶图形（7）作为掩膜，去除掉暴露出来的第二层金属（6）；6）用光刻胶图形（7）作为掩膜，刻蚀掉暴露出来的石墨烯层（5）；7）用光刻胶图形（7）作为掩膜，去除掉暴露出来的第一层金属（4），然后去除光刻胶图形（7），形成有源区；8）形成源极（8）、栅极（10）和漏极（9）的金属电极，其中源极（8）和漏极（9）与有源区的金属相连接；9）在源极（8）和漏极（9）之间，用光刻胶形成栅掩膜图形（11）；10）利用光刻胶形成的栅图形做掩膜，使用腐蚀液去除暴露出来的第二层金属（6），由于腐蚀液的钻蚀，也会同时腐蚀掉暴露出来的石墨烯层（5）下面的第一层金属（4），形成部分悬空的石墨烯层，悬空石墨烯层之外的石墨烯层通过第一金属层和第二金属层进行夹持；11）在悬空的石墨烯层（5）上形成栅金属（14），并去除栅掩膜图形的光刻胶；12）利用栅金属（14）的掩膜作用，自对准形成第三层金属（15）。2.根据权利要求1所述的基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于：在所述步骤10）和11）之间，还设有两个步骤，第一步，利用光刻胶形成的栅图形做掩膜，在暴露出来的石墨烯层（5）上形成栅介质种子层（12）；第二步，在栅介质种子层（12）上形成栅介质（13）；此时，步骤11）为，在栅介质（13）上形成栅金属（14），并去除栅掩膜图形的光刻胶。3.根据权利要求1所述的基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于：所述衬底为绝缘层（2），所述绝缘层（2）为SixOy、SixNy、BN、AlxOy、HfxOy、AlxNy、SiC，Si、Sapphire、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料PET、聚酰亚胺PI、聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上的混合物，其中x=0.5-3，Y=0-2。4.根据权利要求3所述的基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于：所述衬底（1）还包括位于所述绝缘层（2）下侧的基底层（3），所述基底层为半导体材料、导电材料或不同于绝缘层（2）材料中的一种或两种以上的混合物。5.根据权利要求1所述的基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于：所述步骤2）中石墨烯层（5）的形成可以是直接沉积或外延在衬底（1）上或者在其他材料上生长，然后经过剥离转移到衬底（1）上，石墨烯层（5）为一层以上。6.根据权利要求1所述的基于自对准的悬浮石墨烯晶体管制造方法，其特征在于：所述步骤1）中的第一层金属（4）为可以被化学溶液腐蚀的金属，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳，冯志红，蔚翠，刘庆彬，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十三研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13