[發明專利]基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法

無效

• 申請號: 201310039821.1
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103107068A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 郭輝;張晨旭;張玉明;張克基;雷天民;胡彥飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/786
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

1.一種基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，包括以下步驟：

（1）對SiC樣片進行清洗，以去除表面污染物；

（2）在清洗后的SiC樣片表面利用等離子體增強化學氣相淀積PECVD方法，淀積一層0.5-1.0μm厚的SiO₂，作為掩膜；

（3）光刻側柵圖形：

按照側柵石墨烯晶體管的側柵極G、源極S、漏極D、導電溝道位置制作成光刻版；

在掩膜表面旋涂濃度為3%的丙烯酸樹脂PMMA溶液，并放入烘箱中，在180℃下烘烤60秒，使其與掩膜緊密結合在一起；

再用電子束對PMMA曝光，將光刻版上的圖形轉移到SiO₂掩模上，并使用緩沖氫氟酸對SiO₂掩膜層進行腐蝕，露出SiC，形成側柵晶體管形狀相同的窗口；

（4）將形成窗口后的樣片置于石英管中，加熱至700-1100℃；

（5）向石英管中通入Ar氣和Cl₂氣的混合氣體，使Cl₂與裸露的SiC反應3-8min，生成碳膜；

（6）將生成的碳膜樣片置于緩沖氫氟酸溶液中以去除窗口之外的SiO₂；

（7）在碳膜樣片上電子束蒸發淀積300-500nm厚的Ni膜；

（8）將淀積有Ni膜的碳膜樣片，并置于Ar氣中，在溫度為1000-1200℃下退火10-30min，使碳膜在窗口位置重構成石墨烯，同時形成側柵石墨烯晶體管的側柵極、源極、漏極和導電溝道；

（9）將石墨烯樣片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜；

（10）在石墨烯樣片上用電子束蒸發的方法淀積金屬Pd/Au接觸層；

（11）光刻金屬電極：

11a)按照側柵、源、漏金屬電極位置制作光刻版；

11b)將濃度為7%的的PMMA溶液旋涂金屬Pd/Au接觸層上，再放入烘箱中，在200℃下烘烤80秒，使其與金屬層緊密接觸；

11c)用電子束曝光PMMA，將光刻版上的圖形轉移到金屬接觸層上，并使用氧氣對金屬接觸層進行反應離子刻蝕RIE，形成側柵晶體管的側柵、源、漏極金屬接觸；

（12）使用丙酮溶液浸泡制作好的樣品10分鐘以去除殘留的PMMA，取出后烘干，獲得側柵石墨烯晶體管。

2.根據權利要求1所述的基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（1）對SiC樣片進行清洗，是先使用NH₄OH+H₂O₂試劑浸泡SiC樣片10分鐘，取出后烘干，以去除樣片表面有機殘余物；再使用HCl+H₂O₂試劑浸泡樣片10分鐘，取出后烘干，以去除離子污染物。

3.根據權利要求1所述的基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（2）中利用PECVD淀積SiO₂，其工藝條件為：

SiH₄流速為30sccm，N₂O流速為60sccm，N₂流速為200sccm，

腔內壓力為3.0Pa，

射頻功率為100W，

淀積溫度為150℃，

淀積時間為30-100min。

4.根據權利要求1所述的基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（3）中電子束對PMMA曝光，其工藝條件為:

電子加速電壓：100kV，

曝光強度為：8000-9000μC/cm²。

5.根據權利要求1所述的基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（5）中通入的Ar氣和Cl₂氣，其流速分別為95-98sccm和5-2sccm。

6.根據權利要求1所述的基于SiC與氯氣反應的Ni膜退火側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（7）中電子束淀積，按如下工藝條件進行:

基底到靶材的距離為50cm，

反應室壓強為5×10^-4Pa，

束流為40mA，

蒸發時間為10-20min。