[发明专利]基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法

摘要

本发明公开了一种基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，其实现步骤是：(1)在Si衬底基片上生长一层碳化层作为过渡；(2)在碳化层上生长3C-SiC薄膜；(3)在3C-SiC样片表面淀积一层SiO2，并在SiO2上光刻出侧栅结构晶体管图形窗口；(4)将光刻后裸露的3C-SiC与Cl2反应，生成碳膜；(5)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中去除剩余的SiO2；(6)在碳膜样片上电子束沉积一层Ni膜；(7)将淀积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中，在900-1100℃下退火15-30min，使碳膜在重构成侧栅石墨烯；(8)在石墨烯样片上淀积金属Pd/Au层，并采用RIE刻蚀成侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极金属接触。本发明制作出的侧栅石墨烯晶体管保证了石墨烯的迁移率，能有效控制器件的沟道载流子浓度，同时避免栅介质引起的散射效应。

主权项

一种基于Ni膜退火和氯气反应的侧栅石墨烯晶体管制备方法，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）将清洗后的Si衬底基片放入化学气相淀积CVD系统反应室中，对反应室抽真空达到10‑7mbar级别；在H2保护的情况下，使反应室逐步升温至900℃‑1200℃，通入C3H8气体，生长一层碳化层；（3）对反应室升温至3C‑SiC的生长温度，通入C3H8和SiH4，进行3C‑SiC薄膜异质外延生长，生长时间为30‑60min，然后在H2保护下逐步降温至室温，完成3C‑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G、源极S、漏极D、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）将形成窗口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3‑5min，使Cl2与裸露的3C‑SiC发生反应，生成具有侧栅晶体管侧栅极、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的SiO2；（9）在碳膜样片上电子束沉积300‑500nm厚的Ni膜；（10）将沉积有Ni膜的碳膜样片置于Ar气中，在温度为900‑1100℃下退火15‑30分钟，使碳膜膜在侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道位置重构成连续的石墨烯；将石墨烯样片置于HCl和CuSO4混合溶液中以去除Ni膜；（11）在已经形成侧栅极、源极、漏极和导电沟道的石墨烯样片上用电子束蒸发 的方法淀积金属Pd/Au接触层；（12）光刻金属接触层：按照侧栅石墨烯晶体管的侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；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；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接触层上，再用氧气作为刻蚀气体对金属接触层进行RIE刻蚀；（13）使用丙酮溶液浸泡制作好的样品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。