[发明专利]通过自对准工艺制备石墨烯顶栅场效应晶体管器件的方法

说明书

本发明公开了一种通过自对准工艺制备石墨烯顶栅场效应晶体管器件的方法，该方法包括：在石墨烯上沉积栅介质层，制备T型栅金属电极；沉积钝化保护层，利用选择性刻蚀去除栅介质上方覆盖的钝化保护层而保留T型栅金属电极足部侧墙部分的钝化保护层；对栅介质层进行腐蚀，去除T型栅金属电极足部覆盖区域之外的栅介质层；以及沉积金属形成源漏金属电极。本发明通过所设计的自对准工艺制备流程制备石墨烯顶栅FET器件，可以有效地减小栅源、栅漏间距离，进而减小寄生通路电阻和寄生栅电阻，从而提高石墨烯顶栅FET器件的性能。

技术领域

本发明涉及石墨烯场效应晶体管(FET)器件制备技术领域，涉及利用自对准工艺方法实现石墨烯顶栅FET器件制备。利用该方法制备的石墨烯顶栅FET器件具有较小的寄生电阻，从而可以提高器件的信号电流、跨导、增益、截止频率和最高振荡频率。

背景技术

以石墨烯为材料的纳米电子学，由于石墨烯超高的载流子迁移率和载流子饱和漂移速度，被认为具有极大的应用前景，极富潜力可以替代硅材料。在石墨烯FET器件的发展过程中，寄生电阻对器件的开关电流比、跨导、本征增益、截止频率、最高振荡频率等电学特性都具有重要影响。寄生电阻主要包括接触金属体电阻、金属石墨烯接触电阻以及栅源、栅漏之间的石墨烯沟道通路电阻和栅金属电阻。其中，栅源、栅漏之间的沟道通路电阻由栅源、栅漏间距和石墨烯面电阻决定，而栅源、栅漏间距则由于光刻套准精度的限制，在减小到一定长度后难以继续缩短；栅金属电阻由栅金属性质、栅宽和栅金属截面积共同决定。本发明提出了一种通过自对准工艺制备石墨烯顶栅FET器件的方法，一方面，利用T型栅可以增大栅金属截面积进而减小栅电阻；另一方面，利用自对准方法可以减小栅源、栅漏间距离，从而有效减小石墨烯顶栅FET器件的寄生通路电阻，最终实现高性能的石墨烯顶栅FET器件。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种通过自对准工艺方法制备石墨烯顶栅FET器件的方法，利用T型栅金属电极减小栅电阻，利用自对准工艺减小栅源、栅漏间距离进而减小通路寄生电阻，最终实现高性能石墨烯顶栅FET器件制备。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种通过自对准工艺制备石墨烯顶栅场效应晶体管器件的方法，该方法包括：在石墨烯上沉积栅介质层，制备T型栅金属电极；沉积钝化保护层，利用选择性刻蚀去除栅介质上方覆盖的钝化保护层而保留T型栅金属电极足部侧墙部分的钝化保护层；对栅介质层进行腐蚀，去除T型栅金属电极足部覆盖区域之外的栅介质层；以及沉积金属形成源漏金属电极。

上述方案中，该方法制备的石墨烯顶栅FET器件，包括绝缘衬底、导电通道、源电极、漏电极、栅介质层、钝化保护层和栅电极，其中：所述导电通道设置于绝缘衬底上，所述导电通道由石墨烯材料构成，所述源电极和漏电极分别设置于导电通道的两端，所述栅介质层覆盖在导电通道上，所述栅电极位于栅介质层之上，所述钝化保护层位于栅电极侧墙。

上述方案中，所述栅介质层采用氧化硅、氧化铝、氧化铪、氧化钇、氧化锆或氧化钛。

上述方案中，所述栅金属电极为T型栅金属电极。

上述方案中，所述钝化保护层采用氮化硅。

上述方案中，所述利用选择性刻蚀去除栅介质上方覆盖的钝化保护层而保留T型栅金属电极足部侧墙部分的钝化保护层，采用的刻蚀方法为干法刻蚀，刻蚀气体采用四氟化碳、六氟化硫、三氟化氢碳、六氟化二碳、八氟化四碳、四氟化二氢二碳或这些气体的混合气体，刻蚀气体无载气，或采用氮气、氧气、氢气、氩气、氦气作为载气。

上述方案中，所述去除T型栅金属电极足部覆盖区域之外的栅介质层，采用的腐蚀方法为湿法腐蚀，腐蚀液包括氢氟酸、盐酸、磷酸、硫酸、硝酸、醋酸、氟化铵溶液、氢氧化钾溶液或四甲基氢氧化铵。