[发明专利]基于Cu膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法

权利要求书

1.一种基于Cu膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯制备方法，包括以下步骤：

（1）对4-12英寸的Si衬底基片进行标准清洗；

（2）生长碳化层：

（2a）将清洗后的Si衬底基片放入CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10^-7mbar级别；

（2b）向反应室通入H₂后，使反应室逐步升温至碳化温度1000℃-1150℃，通入流量为40sccm的C₃H₈，对衬底进行碳化4-8min，生长一层碳化层；

（3）对反应室升温至适宜3C-SiC生长的1150℃-1350℃，通入C₃H₈和SiH₄气体，进行3C-SiC薄膜异质外延生长，生长时间为36-60min，然后在H₂保护下逐步降温至室温，完成SiC薄膜的生长；

（4）在生长好的3C-SiC薄膜表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD方法，淀积一层0.5-1μm厚的SiO₂掩膜层；

（5）在SiO₂层上光刻出侧栅晶体管图形窗口：

(5a）按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅极，源极，漏极，导电沟道位置制作成光刻版；

(5b）在掩膜表面以旋涂一层浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA溶液，并在180℃下烘烤60秒，使其与掩膜紧密结合在一起；

(5c）用电子束对PMMA层进行曝光，将光刻版上的图形转移到SiO₂掩膜上；

(5d）使用缓冲氢氟酸对SiO₂掩膜层进行腐蚀，露出3C-SiC，形成侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道图形的窗口；

（6）将开窗后的样片置于石英管中，加热至700-1100℃；

（7）向石英管中通入Ar气和Cl₂气的混合气体，持续4-7min，使Cl₂与裸露的3C-SiC发生反应，生成具有侧栅晶体管的侧栅极，源极，漏极和导电沟道图形的碳膜；

（8）将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口之外多余的SiO₂；

（9）将去除SiO₂后的碳膜样片置于Cu膜上，再将它们一同置于Ar气中，在温度为900-1100℃下退火10-30分钟，使碳膜在侧栅晶体管的侧栅极，源极，漏极和导电沟道位置重构成连续石墨烯，再将Cu膜从生成石墨烯的样片上去除；

（10）在生成石墨烯的样片上用电子束蒸发的方法淀积金属Pd/Au层；

（11）光刻金属接触层：

（11a）按照侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极金属电极位置制作光刻版；

（11b）将浓度为7%的的丙烯酸树脂PMMA溶液旋涂于金属层上，并用180℃烘烤60秒，使其与金属层紧密接触；

（11c）用电子束曝光丙烯酸树脂PMMA，使光刻版上的图形转移到金属层上，再用氧气作为刻蚀气体对金属层进行RIE刻蚀，得到刻蚀后的样片；

（12）使用丙酮溶液浸泡刻蚀后的样片10分钟，以去除残留的丙烯酸树脂PMMA，并烘干，获得侧栅石墨烯晶体管。

2.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（3）中生长碳化层的工艺条件为：反应室温度为1000℃-1150℃，反应气体C₃H₈流量为40sccm，反应时间5-10min。

3.根据权利要求1所述的基于Cu膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其特征在于所述步骤（4）中通入的SiH₄和C₃H₈，其流量分别为15-25sccm和35-55sccm。