[發明專利]基于Ni膜退火和氯氣反應的側柵石墨烯晶體管制備方法

無效

• 申請號: 201310039822.6
• 申請日: 2013-01-31
• 公開（公告）號: CN103165470A
• 公開（公告）日: 2013-06-19
• 發明（設計）人: 郭輝;張晨旭;張克基;張玉明;雷天民;鄧鵬飛
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L21/336
• 分類號: H01L21/336;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Ni膜退火和氯氣反應的側柵石墨烯晶體管制備方法，包括以下步驟：

（1）對4-12英寸的Si襯底基片進行標準清洗；

（2）將清洗后的Si襯底基片放入化學氣相淀積CVD系統反應室中，對反應室抽真空達到10^-7mbar級別；在H₂保護的情況下，使反應室逐步升溫至900℃-1200℃，通入C₃H₈氣體，生長一層碳化層；

（3）對反應室升溫至3C-SiC的生長溫度，通入C₃H₈和SiH₄，進行3C-SiC薄膜異質外延生長，生長時間為30-60min，然后在H₂保護下逐步降溫至室溫，完成3C-SiC薄膜的生長；

（4）在生長好的3C-SiC薄膜表面利用等離子體增強化學氣相沉積PECVD方法，淀積一層0.5-1μm厚的SiO₂掩膜層；

（5）在SiO₂層上刻出側柵晶體管圖形窗口：

5a）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；

5b）在掩膜表面以旋涂一層濃度為3%的丙烯酸樹脂PMMA溶液，并在180℃下烘烤60秒，使其與掩膜緊密結合在一起；

5c）用電子束對PMMA層曝光，將光刻版上的圖形轉移到SiO₂掩膜上；

5d）使用緩沖氫氟酸對SiO₂掩膜層進行腐蝕，露出3C-SiC，形成側柵晶體管的側柵極、源極、漏極和導電溝道圖形的窗口；

（6）將形成窗口的樣片置于石英管中，加熱至700-1100℃；

（7）向石英管中通入Ar氣和Cl₂氣的混合氣體，持續3-5min，使Cl₂與裸露的3C-SiC發生反應，生成具有側柵晶體管側柵極、源極、漏極和導電溝道圖形的碳膜；

（8）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；

（9）在碳膜樣片上電子束沉積300-500nm厚的Ni膜；

（10）將沉積有Ni膜的碳膜樣片置于Ar氣中，在溫度為900-1100℃下退火15-30分鐘，使碳膜膜在側柵石墨烯晶體管的側柵極、源極、漏極和導電溝道位置重構成連續的石墨烯；將石墨烯樣片置于HCl和CuSO₄混合溶液中以去除Ni膜；

（11）在已經形成側柵極、源極、漏極和導電溝道的石墨烯樣片上用電子束蒸發的方法淀積金屬Pd/Au接觸層；

（12）光刻金屬接觸層：

按照側柵石墨烯晶體管的側柵、源、漏金屬電極位置制作光刻版；

將濃度為7%的的丙烯酸樹脂PMMA溶液旋涂于金屬層上，并用180℃烘烤60秒，使其與金屬層緊密接觸；

用電子束曝光丙烯酸樹脂PMMA，使光刻版上的圖形轉移到金屬接觸層上，再用氧氣作為刻蝕氣體對金屬接觸層進行RIE刻蝕；

（13）使用丙酮溶液浸泡制作好的樣品10分鐘，以去除殘留的丙烯酸樹脂PMMA并烘干，獲得側柵石墨烯晶體管。

2.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（2）中生長碳化層的工藝條件為：反應室溫度為900℃-1200℃，反應氣體C₃H₈流量為30sccm，反應時間5-10min。

3.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（3）通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分別為20-30sccm和40-60sccm。

4.根據權利要求1所述的基于Ni膜退火和氯氣反應的側柵石墨烯晶體管制備方法，其特征在于所述步驟（4）中利用PECVD淀積SiO₂，其工藝條件為：

SiH₄、N₂O和N₂的流速分別為30sccm、60sccm和200sccm，

反應腔內壓力為3.0Pa，

射頻功率為100W，

淀積溫度為150℃，

淀積時間為30-100min。