基于倒置工艺的射频功率管及其形成方法技术

本发明专利技术公开了一种基于倒置工艺的射频功率管及其形成方法，该方法包括：提供衬底；形成过渡层；形成源极连接线、漏极连接线和栅极连接线；在过渡层之上形成层间介质层，层间介质层填充在连接线之间；在层间介质层之上形成金属接触层，金属接触层与连接线相连；刻蚀金属接触层以形成互相平行的N个源极、N个漏极和2N-1个栅极，其中，源栅漏极按照源极-栅极-漏极-栅极的顺序依次相邻排列，N个源极与源极连接线相连，N个漏极与漏极连接线相连，2N-1个栅极与栅极连接线相连；形成栅极介质层；以及形成石墨烯薄膜作为沟道层。本发明专利技术的方法采用倒置工艺，易于实现、稳定可靠；本发明专利技术的器件具有倒置结构，源漏接触小、栅控能力强。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术半导体
，特别涉及一种。
技术介绍
在放大电路中担任末级输出的器件叫基于倒置工艺的射频功率管。现有射频功率管多为多个硅基场效应管并联而成，但由于受到沟道层材料的迁移率的限制，射频功率管性能提升空间有限。因此，研发新型材料、新型结构的射频功率管成为研究热点。近年来，研究表明石墨烯材料具有本征载流子迁移率高、强场漂移速度高、电流承载能力高(比金属高一个数量级)、面内热导率高等优异性能特点。又因为该材料具有规模化制备材料的潜力，有望成为目前的Si基COMS的附加技术，广泛应用于半导体
现有技术中的石墨烯场效应管的形成方法为首先在SiO2的介质层上形成石墨烯薄膜，随后在石墨烯薄膜上形成高介电常数(High-K)介质材料的栅极介质层，随后在栅极介质层上形成栅极以及在石墨烯薄膜上形成源极和漏极。该方法最终得到源漏栅极位于上方、沟道层位于下方的正置结构。其缺点是在石墨烯薄膜上形成High-K介质材料的栅氧化层比较困难，往往因为引入离子修饰成难以做到较小的等效氧化厚度(equivalentoxide thinness, EOT),所以难于提高栅控能力；在石墨烯薄膜上同时形成栅极、源极和漏极的过程中，工艺精确度难以得到保证；以及最终得到的器件的源漏接触的电阻较大。石墨烯薄膜上承载过多工艺步骤对于保护其优良电学性能不利，例如多次光刻过程中光刻胶对石墨烯性能的恶化，以及可能的湿法刻蚀对High-K材料性能的恶化等等。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出一种基于倒置工艺的射频功率管的形成方法，该方法采用倒置工艺，易于实现、稳定可靠。本专利技术的另一目的在于提出一种基于倒置工艺的射频功率管，该器件具有倒置结构，源漏接触小、栅控能力强。为达到上述目的，本专利技术的实施例公开了一种基于倒置工艺的射频功率管的形成方法，包括以下步骤提供衬底；在所述衬底之上形成过渡层；在所述过渡层之上形成连接线，所述连接线包括源极连接线、漏极连接线和栅极连接线；在所述过渡层之上形成层间介质层，所述层间介质层填充在所述连接线之间；在所述层间介质层之上形成金属接触层，所述金属接触层与所述连接线相连；刻蚀所述金属接触层以形成互相平行的N个源极、N个漏极和2N-1个栅极，其中，所述源极、栅极和漏极按照源极-栅极-漏极-栅极的顺序依次相邻排列，N个所述源极与源极连接线相连，N个所述漏极与漏极连接线相连，2N-1个所述栅极与所述栅极连接线相连，其中N为正整数；在所述栅极之上形成栅极介质层；以及在所述源极、漏极、和栅极介质层之上形成石墨烯薄膜作为所述基于倒置工艺的射频功率管的沟道层。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，所述过渡层为通过热氧化形成的Si02。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，所述层间介质层为通过沉积形成的Si02。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，还包括在所述过渡层之上形成所述连接线的同时，在所述过渡层之上形成无源器件。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，所述栅极介质层为高介电常数材料A1203、HfO2或HfSiON。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，所述源极、漏极和栅极在同一平面上。 在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，通过Cu衬底上CVD后化学湿法转移，或者Pt衬底上CVD后电化学法转移以形成所述石墨烯薄膜。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法的优选实施例中，还包括步骤蒸发欧姆接触电阻，以使在所述源极和漏极上形成欧姆接触。本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法采用倒置工艺，具有如下优点(O该方法首先在介质层同时上形成栅极、源极和漏极，以保证器件结构的精度；(2)在金属材料的栅极上生长high-K介质材料的栅极介质层，该工艺较易实现；(3)栅极介质层非常薄，因此栅极、源极和漏极可视为在同一平面上，在形成石墨烯薄膜的过程中，可利用气压形成平整、紧密的石墨烯-电极接触；(4)可实现源漏欧姆接触，并且接触电阻因为金属-石墨烯-金属两面夹的结构以及石墨烯上较少沾污的原因而阻值较小；(5)总体采用倒置工艺双层布线，实现了多指结构，有利于缩小器件面积并提高器件性能。为达到上述目的，本专利技术的实施例还公开了一种基于倒置工艺的射频功率管，包括衬底；形成在所述衬底之上的过渡层；形成在所述过渡层之上的连接线和层间介质层，其中，所述连接线包括源极连接线、漏极连接线和栅极连接线，所述层间介质层填充在所述连接线之间；形成所述层间介质层之上的互相平行的N个源极、N个漏极和2N-1个栅极，所述源极、栅极和漏极按照源极-栅极-漏极-栅极的次序作相邻排列，N个所述源极与源极连接线相连，N个所述漏极与漏极连接线相连，2N-1个所述栅极与所述栅极连接线相连，其中N为正整数；形成在所述栅极之上的栅极介质层；以及形成在所述源极、漏极和栅极介质层之上的石墨烯薄膜的沟道层。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，所述过渡层为通过热氧化形成的Si02。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，所述层间介质层为通过沉积形成的Si02。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，还包括形成在所述过渡层之上的无源器件，其中所述无源器件与所述连接线同时形成。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，所述栅极介质层为高介电常数材料A1203、HfO2或HfSiON。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，所述源极、漏极和栅极在同一平面上。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，所述石墨烯薄膜通过Cu衬底上CVD后化学湿法转移，或者Pt衬底上CVD后电化学法转移形成。在本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的优选实施例中，还包括形成在所述源极和漏极上的欧姆接触。本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管具有倒置结构，具有如下优点(1)该器件的栅极、源极和漏极是同时形成在介质层上的，器件结构精度较高；(2) high-K介质材料的栅极介质层形成在金属材料的栅极上，可以加工得比较精细；(3)石墨烯与栅极、源极和漏极之间的接触比较平整、紧密；(4)由于接触电阻为金属-石墨烯-金属两面夹的结构，以及石墨烯上较少沾污，使得源漏欧姆接触阻值较小；(5)总体采用倒置工艺双层布线制成，具有多指结构，有利于缩小器件面积并提高器件性能。 本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图I为本专利技术的基于倒置工艺的射频功率管的原理图；图2-图10为本专利技术一个实施例的基于倒置工艺的射频功率管的形成方法示意图。具体实施例方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能解释为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于倒置工艺的射频功率管的形成方法，其特征在于，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成过渡层；在所述过渡层之上形成连接线，所述连接线包括源极连接线、漏极连接线和栅极连接线；在所述过渡层之上形成层间介质层，所述层间介质层填充在所述连接线之间；在所述层间介质层之上形成金属接触层，所述金属接触层与所述连接线相连；刻蚀所述金属接触层以形成互相平行的N个源极、N个漏极和2N？1个栅极，其中，所述源极、栅极和漏极按照源极？栅极？漏极？栅极的顺序依次相邻排列，N个所述源极与源极连接线相连，N个所述漏极与漏极连接线相连，2N？1个所述栅极与所述栅极连接线相连，其中N为正整数；在所述栅极之上形成栅极介质层；以及在所述源极、漏极、和栅极介质层之上形成石墨烯薄膜作为所述基于倒置工艺的射频功率管的沟道层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吕宏鸣，肖柯，吴华强，钱鹤，伍晓明，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：