[發明專利]一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法

有效

• 申請號: 201610306272.3
• 申請日: 2016-05-10
• 公開（公告）號: CN105789032B
• 公開（公告）日: 2018-11-09
• 發明（設計）人: 金智;王少青;毛達誠;史敬元;彭松昂;張大勇
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: H01L21/04
• 分類號: H01L21/04;H01L29/786;H01L29/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法，該方法包括：提供絕緣襯底；在襯底上形成石墨烯導電層；在石墨烯導電層上沉積柵介質；圖形化得到柵電極；形成柵極側壁；以含有側壁的柵極為掩膜，對柵介質層進行腐蝕；制作源漏自對準電極，其中柵極側墻作為隔離，避免柵源、柵漏電極短路；最后，腐蝕掉柵極側壁，得到空氣隙自對準石墨烯晶體管。本發明方法制備工藝簡單，易于與集成電路制造工藝兼容，同時由于實現了柵與源漏電極的自對準，從而大大縮短了器件通路區，減小了寄生電阻；通過側壁腐蝕，形成空氣隙，減小了柵源、柵漏之間的寄生電容，提高了石墨烯射頻場效應晶體管性能。

技術領域

本發明屬于場效應晶體管制造領域，更具體地涉及一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法。

背景技術

由于超高的載流子遷移率和飽和漂移速度，石墨烯近年來吸引了人們的廣泛關注，有望應用于未來的高速電子和射頻領域。目前，石墨烯場效應晶體管的電流截止頻率f_T雖然已經達到427GHz，但仍遠小于其理想值。其中一個重要因素就是寄生電阻過大。通路區電阻對石墨烯器件頻率特性的影響隨著柵長的減小而更加明顯。因此縮短通路區，是提高其射頻性能的關鍵。同時，石墨烯作為典型的二維材料，在器件加工過程中容易受環境和殘留光刻膠的影響，從而對石墨烯材料造成摻雜和污染，是影響石墨烯器件的另一個主要因素。柵源和柵漏寄生電容同樣也會影響石墨烯晶體管的射頻性能。

因此，開發空氣隙自對準工藝來盡可能減小石墨烯場效應晶體管的寄生電阻和寄生電容是非常有實用意義的。

發明內容

有鑒于此，本發明的主要目的在于提供一種石墨烯場效應晶體管及其制造方法，以便實現減小器件的通路電阻和寄生電容、提高石墨烯器件的性能中的至少一個技術效果。

為達到上述目的，作為本發明的一個方面，本發明提供了一種石墨烯場效應晶體管的制造方法，包括以下步驟：

提供絕緣襯底；

在所述絕緣襯底上形成石墨烯導電層；

在所述石墨烯導電層上沉積一柵介質層；

在所述柵介質層上，形成柵電極；

在上述制備的器件上沉積柵極側墻薄膜，進行無掩膜各向異性刻蝕，在所述柵電極兩側形成柵極側墻，所述柵電極和柵極側墻以外區域暴露出柵介質層；

以帶有所述柵極側墻的柵電極作為掩膜，對所述柵介質層進行腐蝕，去除不被所述柵電極覆蓋的柵介質；

在上述制備的器件上形成金屬層，并形成源電極和漏電極，所述源電極、漏電極與所述柵電極形成自對準結構；

腐蝕所述柵極側壁，使得所述柵電極與源電極、所述柵電極與漏電極之間形成空氣隙結構。

其中，所述絕緣襯底由SiO₂、SiC、BN、Al₂O₃、DLC中的一種或兩種以上組成。

其中，所述石墨烯導電層通過機械剝離、CVD生長轉移或直接外延在襯底上形成，所述石墨烯導電層的層數為1～3層。

其中，所述柵介質層通過兩步工藝形成：

在所述石墨烯導電層上形成一層柵介質種子層；

在所述柵介質種子層上形成柵介質。

其中，所述柵介質種子層選用易氧化的活潑金屬，優選為鋁、釔，通過氧化的方法形成一薄層的氧化物種子層；或者采用有機物，優選為苯并環丁烯做柵介質沉積的種子層；以及

所述柵介質優選采用SiO₂、Si₃N₄或金屬氧化物層來制備，優選為氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或氧化鈦。