[發(fā)明專利]一種基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011446473.6
• 申請日: 2020-12-11
• 公開（公告）號: CN112599593B
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 陳長鑫;賀志巖;周慶萍;吳登祺;江圣昊;石方遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H01L29/16
• 分類號: H01L29/16;H01L29/423;H01L21/335;H01L29/772;H01L21/67
• 代理公司: 北京國坤專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11491
• 代理人: 王峰剛

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)及制備方法，所述基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)包括：氧化層掩膜制備模塊、環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)形成模塊、中央控制模塊、第一離子摻雜區(qū)域形成模塊、側(cè)墻結(jié)構(gòu)形成模塊、第二離子摻雜區(qū)域形成模塊、隔離層形成模塊、金屬電極形成模塊、場效應(yīng)晶體管處理模塊。本發(fā)明通過在外延層硅襯底上形成氧化層掩膜和環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)，減小柵極結(jié)構(gòu)的平面面積和柵極電容，有效提高場效應(yīng)晶體管的開關(guān)速率；同時，在石墨烯表面組裝周期性排列的納米微球陣列，蒸鍍Al、Cu、Ni等，去除納米微球，以此為掩膜制備場效應(yīng)晶體管，具有較大的電流開關(guān)比，大大提升檢測的靈敏度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)及制備方法。

背景技術(shù)

目前，場效應(yīng)晶體管(FieldEffect Transistor，F(xiàn)ET)，由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件，具有輸入電阻高(107～1012Ω)、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點，現(xiàn)已成為微電子領(lǐng)域極為重要的器件類型。

石墨烯是一種新型的二維碳材料，表現(xiàn)出優(yōu)良的電學(xué)性質(zhì)，基于石墨烯的納米電子器件被認(rèn)為是傳統(tǒng)半導(dǎo)體的優(yōu)良替代物，但是，本征石墨烯的零帶隙是限制其深入應(yīng)用的重要因素，如場效應(yīng)晶體管就需要非零帶隙的半導(dǎo)體材料。但是，現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于將石墨烯與場效應(yīng)晶體管的制備相結(jié)合的技術(shù)方案尚未見報道。因此，亟需一種新的基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備方法。

通過上述分析，現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及缺陷為：現(xiàn)有技術(shù)中關(guān)于將石墨烯與場效應(yīng)晶體管的制備相結(jié)合的技術(shù)方案尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供了一種基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)及制備方法。

本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備方法，所述基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備方法包括以下步驟：

步驟一，通過氧化層掩膜制備模塊在石墨烯表面組裝周期性排列的納米微球陣列，蒸鍍金屬膜，去除納米微球，得到氧化層掩膜；

所述通過氧化層掩膜制備模塊在石墨烯表面組裝周期性排列的納米微球陣列，蒸鍍金屬膜，去除納米微球，得到氧化層掩膜的方法，包括：

在形成外延層的硅襯基底上制備石墨烯薄膜；

在石墨烯薄膜上組裝周期性排列的納米微球陣列；將Si/SiO₂/石墨烯薄膜/納米微球陣列，高溫加熱，使納米球體與石墨烯緊密粘合；

在Si/SiO₂/石墨烯薄膜/納米微球陣列上蒸鍍金屬薄膜，用有機(jī)溶劑除去聚合物納米球，制備得到氧化層掩膜；

步驟二，通過環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)形成模塊在形成外延層的硅襯底上形成所述氧化層掩膜外圍的環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)；其中，所述環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)的外圍區(qū)域即為所述場效應(yīng)晶體管的硅柵窗口；

步驟三，通過中央控制模塊利用中央處理器控制所述基于石墨烯的場效應(yīng)晶體管的制備系統(tǒng)各個模塊的正常運行；

步驟四，通過第一離子摻雜區(qū)域形成模塊在形成所述環(huán)形柵極結(jié)構(gòu)的外延層上形成圖形化的掩膜復(fù)合層，并在形成所述掩膜復(fù)合層的襯底上形成第一離子摻雜區(qū)域；

步驟五，通過側(cè)墻結(jié)構(gòu)形成模塊在形成所述第一離子摻雜區(qū)的襯底上形成氮化硅介質(zhì)層，依次進(jìn)行氧化硅介質(zhì)層的淀積處理和刻蝕處理，形成所述掩膜復(fù)合層的側(cè)墻結(jié)構(gòu)；

步驟六，通過第二離子摻雜區(qū)域形成模塊在所述側(cè)墻結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成第二離子摻雜區(qū)域；通過隔離層形成模塊在形成所述第二離子摻雜區(qū)域的外延層上形成隔離層；