[发明专利]一种石墨烯晶体管的制备方法

说明书

本申请实施例公开了一种石墨烯晶体管的制备方法，以简化制备石墨烯晶体管的工艺过程。方法包括：在衬底上覆盖石墨烯层形成第一样品；在第一样品中的石墨烯层上制备源极电极和漏极电极，形成第二样品；在第二样品上沉积第一栅介质，形成第三样品，第一栅介质覆盖源极电极、漏极电极和石墨烯层；对第三样品进行自对准刻蚀，形成第四样品，第四样品包含衬底、源极电极、漏极电极、沟道区域以及第二栅介质，沟道区域为石墨烯层经过自对准刻蚀后形成的用于连接源极电极和漏极电极的导电区域，第二栅介质为第一栅介质经过自对准刻蚀后形成的覆盖源极电极、漏极电极和沟道区域的栅介质；在第四样品中的第二栅介质上制备栅极电极，形成石墨烯晶体管。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种石墨烯晶体管的制备方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种由单层蜂窝晶体点阵上的碳原子组成的二维晶体。石墨烯具有的与普通三维石墨不同的电子结构，为它带来了优越的电学特性，比如较高的电子迁移率和高饱和速度。此外，石墨烯的射频特性也一直是研究热点。目前文献报道中，石墨烯的最大截止频率超过300GHz，最高振荡频率也达到了200GHz。

由于石墨烯具有优越的电学特性和射频特性，石墨烯晶体管得到了业界的广泛关注。

传统工艺中，采用如下方式制备石墨烯晶体管：采用光刻方式在石墨烯层上刻蚀非沟道区域的石墨烯，然后在沟道区域的两端制备源极和漏极；接着在源极和漏极之间沉积栅介质，并通过光刻方式剥离非沟道区域的多余栅介质，最后在源极和漏极之间的栅介质上制备栅极。采用这种石墨烯晶体管制备方法至少需要两步光刻操作，工艺过程繁琐，工艺成本较高。

综上，现有的石墨烯晶体管的制备方法存在工艺过程繁琐的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种石墨烯晶体管的制备方法，用以简化制备石墨烯晶体管的工艺过程。

第一方面，本申请实施例提供一种石墨烯晶体管的制备方法，该方法包括如下步骤：在衬底上覆盖石墨烯层，形成第一样品；在第一样品中的石墨烯层上制备源极电极和漏极电极，形成第二样品；在第二样品上沉积第一栅介质，形成第三样品，第一栅介质覆盖源极电极、漏极电极和石墨烯层；对第三样品进行自对准刻蚀，形成第四样品，第四样品包含衬底、源极电极、漏极电极、沟道区域以及第二栅介质，沟道区域为石墨烯层经过自对准刻蚀后形成的用于连接源极电极和漏极电极的导电区域，第二栅介质为第一栅介质经过自对准刻蚀后形成的覆盖源极电极、漏极电极和沟道区域的栅介质；在第四样品中的第二栅介质上制备栅极电极，形成石墨烯晶体管。

采用上述方案，在进行刻蚀操作前已制备石墨烯层和第一栅介质，因此在进行刻蚀操作时可以同时刻蚀掉石墨烯层中的非沟道区域以及第一栅介质中除第二栅介质之外的栅介质。与现有技术提供的石墨烯晶体管的制备方法中需要分别通过两步光刻操作对石墨烯层和栅介质进行刻蚀的方案相比，上述石墨烯晶体管的制备方法的工艺过程得到了简化，制备效率得到了提高。

在一种可能的设计中，对第三样品进行自对准刻蚀，具体可通过如下方式实现：使用等离子清洗机对第三样品进行自对准刻蚀，刻蚀气体为氧气和氩气。

通过实验测试发现，当氧气(O₂)的流量为10sccm、氩气(Ar)的流量为40sccm、且等离子清洗机的功率为10W，刻蚀时间为2min时，刻蚀效果较好。当然，在刻蚀气体的流量、等离子清洗机的功率以及刻蚀时间等参数相同的情况下，刻蚀效果也会随着实验环境的不同而发生变化。因此，本申请实施例中对这些参数的具体值不做限定，只要能达到刻蚀效果即可。

在一种可能的设计中，在第二样品上沉积第一栅介质，具体可通过如下两种方式实现：

方式一

在第二样品上旋涂一层正胶，采用光刻方式将第一栅介质的图形转移到第二样品上，采用电子束蒸发方式生长铝金属薄层作为第一栅介质的种子层，并采用原子层沉积ALD方式生长三氧化二铝，作为第一栅介质。