本发明专利技术公开了一种基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法，主要解决现有技术制作的石墨烯晶体管电子迁移率降低和栅介质引起顶层石墨烯屏蔽、介质击穿的问题。其实现步骤是：(1)清洗SiC样片；(2)在SiC样片上淀积SiO2，并按照侧栅晶体管的侧栅极、源极、漏极和沟道的图形刻出窗口；(3)将开窗后的样片置于石英管中，与气态CCl4与裸露的SiC反应，生成碳膜；(4)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中去除窗口以外的SiO2；(5)将去除SiO2后的样片置于Cu膜上，并在Ar气中退火使碳膜在窗口处生成石墨烯，再取下Cu膜；(6)在石墨烯表面蒸发淀积金属Pd/Au层并光刻形成侧栅石墨烯晶体管金属接触。本发明专利技术制作的侧栅石墨烯晶体管载流子迁移率高，且能有效防止栅介质引起的介质击穿和顶层石墨烯屏蔽。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微电子
，涉及半导体薄膜材料的晶体管制备方法，具体地说是基于Cu I旲退火的SiC衬底上侧棚石墨稀晶体管制作方法，可用于闻频和闻速电路中。
技术介绍
随着人们对高性能，高可靠性，低能耗设备需求的提高，对集成电路上器件特性变得愈发关注。石墨烯，这种由二维六角形碳晶格组成的材料，由于其突出的电学结构特性，自2004年被英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈.杰姆和克斯特亚.诺沃消洛夫发现得到后，即被当做制造高性能器件的备选材料。现有的石墨烯的制备方法，如申请号为200810113596.0的“化学气相沉积法制备石墨烯的方法”专利，其技术方案是:首先制备催化剂，然后进行高温化学气相沉积，将带有催化剂的衬底放入无氧反应器中，使衬底达到500-1200°C，再通入含碳气源进行化学沉积而得到石墨烯，然后对石墨烯进行提纯，即使用酸处理或在低压、高温下蒸发，以除去催化齐U。该方法的主要缺点是:工艺复杂，需要专门去除催化剂，能源消耗大，生产成本高。近年来，关于石墨烯的器件研究的文献大量涌现，石墨烯在电容、太阳能电池、透明电极方面都有很多报道，例如Stoller等人利用石墨烯研制出超级电容，Wang.X等人用石墨烯作为太阳能电池的电极等。在晶体管应用方面也有很多报道，例如Georgia技术学会利用外延石墨烯层制作出顶栅晶体管，Purdue大学的J.F.Tian等人制作出金属侧栅石墨烯晶体管等。目前，石墨烯晶体管制造工艺的问题和难点主要集中在以下几个方面:第一，在材料方面，使用现有的制备方法，很难在一个衬底上淀积出用于制作晶体管的大面积连续石墨烯；第二，在制造方面，由于石墨烯禁带宽度几乎为零，因而需要设计一种特殊的栅结构来控制沟道载流子浓度；第三，在衬底方面，衬底散射会使载流子的迁移率大幅下降，同时有可能导致器件击穿。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出了一种，以提高石墨烯晶体管的沟道电子迁移率，并通过改变侧栅电压实现对晶体管电流精确控制，避免顶栅石墨烯晶体管顶栅介质的散射效应。为实现上述目的，本专利技术的制备方法包括以下步骤:(I)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；(2)在清洗后的SiC样片表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.4-1.2 μ m厚的SiO2,作为掩膜；(3)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；再在SiO2掩膜表面以旋涂一层丙烯酸树脂PMMA溶液并烘烤，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对PMMA曝光，将光刻版上的图形转移到SiO2掩膜上；使用缓冲氢氟酸对曝光后的SiO2掩膜层进行腐蚀，露出SiC，得到与侧栅图形相同的窗口 ；(4)将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅和石英管组成的反应装置，再对石英管加热至800-1000°C ；(5)对装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60_80°C，再向三口烧瓶中通入流速为50-80ml/min的Ar气,利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的SiC反应30-120min，生成碳膜；(6)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO2 ；(7)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°C下退火15-25分钟，使碳膜在窗口位置重构成具有侧栅图形的石墨烯，同时形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道；(8)将Cu膜从石墨烯样片上取开；(9)在具有侧栅图形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；(10)按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；再将浓度为7%的PMMA溶液旋涂于金属层上，并置于烘箱中在200°C下烘烤80s，使其与金属层紧密接触，用电子束曝光PMMA，将光刻版上图形转移到金属接触层上；以氧气作为反应气体，使用反应离子刻蚀RIE刻蚀曝光后的金属接触层，得到侧栅石墨烯晶体管的侧栅电极、源电极和漏电极；(11)使用丙酮溶液浸泡样品10分钟以去除PMMA，取出后烘干，获得侦帽石墨烯晶体管。本专利技术与现有技术相比具有如下优点:1.本专利技术采用侧栅结构，避免了石墨烯顶栅结构场效应管的顶层石墨烯的屏蔽效应。2.本专利技术制造的场效应管因为没有引入顶栅介质，不会引入更多的散射源，石墨烯膜也不会因为制造顶栅而受到破坏，因而保证了石墨烯的迁移率，同时避免了由栅介质引起的栅介质击穿和滞后现象，提高了器件的性能。3.本专利技术制造的场效应管避免了背栅工艺的全局性控制，为实现单个器件控制和更为复杂的器件和电路制造奠定基础。4.本专利技术由于选择性地生长了石墨烯，因而制作器件时不再需要光刻，使得石墨烯的电子迁移率不会降低，故制作的器件性能得到保证。5.本专利技术由于利用Cu膜退火，因而生成的碳膜更容易重构形成连续性较好的结构化石墨烯。6.本专利技术使用的方法工艺简单，节约能源，安全性高。附图说明图1是本专利技术制备石墨烯的装置示意图；图2是本专利技术侧栅石墨烯晶体管制造工艺的流程图；图3是本专利技术侧栅石墨烯晶体管的版图示意图。具体实施例方式如图1所示，本专利技术的器件制造基础材料制备设备主要由三通阀门3，三口烧瓶8，水浴锅9，石英管5，电阻炉6组成；三通阀门3通过第一通道I与石英管5相连，通过第二通道2与三口烧瓶8的左侧口相连，而三口烧瓶8的右侧口与石英管5相连，三口烧瓶中装有CCl4液体，且其放置在水浴锅9中，石英管5放置在电阻炉6中。三通阀门3设有进气口 4,用于向设备内通入气体。本专利技术中还用到了光刻系统，电子束蒸发系统，等离子体增强化学气相淀积PECVD系统，反应离子刻蚀RIE系统等成熟的微电子工艺系统。参照图2和图3，本专利技术的制作方法给出如下三种实施例:实施例1，按如下流程和工艺条件进行6H_SiC衬底的侧栅石墨烯晶体管制作:步骤一:对6H_SiC衬底基片进行表面清洁处理，即先使用ΝΗ40Η+Η202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除样品表面有机残余物；再使用HC1+H202试剂浸泡样品10分钟，取出后烘干，以去除离子污染物，如图2 (a)。步骤二:将清洗后的6H_SiC样片放入等离子体增强化学气相沉积PECVD系统内，将系统内部压力调为3.0Pa，射频功率调为100W，温度调为150°C ;向系统内通入流速分别为 30sccm、60sccm 和 200sccm 的 SiH4' N2O 和 N2,持续时间为 IOOmin,使 SiH4 和 N2O 发生反应，从而在6H-SiC样片表面淀积一层1.2μπι厚的SiO2，如图2 (b)。步骤三:在SiO2层上旋涂一层浓度为3%的丙烯酸树脂PMMA ;按照如图3所示侧栅晶体管的图形制成光刻版，用电子束对PMMA曝光，将光刻版上图形转移到SiO2掩膜上；用缓冲氢氟酸腐蚀SiO2，露出6H-SiC，在侧栅石墨烯晶体管的侧栅、源、漏和沟道位置形成窗口，如图 2 (C)。步骤四:将开窗后的样片置于石英管5中，并把石英管置于电阻炉6中；再将CCl4液体装入三口烧瓶8中，并将三口烧瓶放入水浴锅9中，然后按照图1将石英管与三口烧瓶进行连接；从三通阀门3的进气口 4通入流速为80ml/min的Ar气，并利用三通阀门3控制Ar气从第一通道I进入对石英管进行排空本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法，包括以下步骤：（1）对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物；（2）在清洗后的SiC样片表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.4?1.2μm厚的SiO2，作为掩膜；（3）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；再在SiO2掩膜表面以旋涂一层丙烯酸树脂PMMA溶液并烘烤，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对PMMA曝光，将光刻板上的图形转移到SiO2掩膜上；使用缓冲氢氟酸对曝光后的SiO2掩膜层进行腐蚀，露出SiC，得到与侧栅图形相同的窗口；（4）将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅和石英管组成的反应装置，再对石英管加热至800?1000℃；（5）对装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60?80℃，再向三口烧瓶中通入流速为50?80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的SiC反应30?120min，生成碳膜；（6）将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO2；（7）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15?25分钟，使碳膜在窗口位置重构成具有侧栅图形的石墨烯，同时形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道；（8）将Cu膜从石墨烯样片上取开；（9）在具有侧栅图形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；（10）按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；再将浓度为7%的PMMA溶液旋涂于金属层上，并置于烘箱中在200℃下烘烤80s，使其与金属层紧密接触，用电子束曝光PMMA，将光刻版上图形转移到金属接触层上；以氧气作为反应气体，使用反应离子刻蚀RIE刻蚀曝光后的金属接触层，得到侧栅石墨烯晶体管的侧栅电极、源电极和漏电极；（11）使用丙酮溶液浸泡样品10分钟以去除PMMA，取出后烘干，获得侧栅石 墨烯晶体管。...
【技术特征摘要】
1.一种基于Cu膜退火的SiC衬底上侧栅石墨烯晶体管制作方法，包括以下步骤: (1)对SiC样片进行清洗，以去除表面污染物； (2)在清洗后的SiC样片表面利用等离子体增强化学气相沉积PECVD淀积一层0.4-1.2 μ m厚的SiO2,作为掩膜； (3)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；再在SiO2掩膜表面以旋涂一层丙烯酸树脂PMMA溶液并烘烤，使其与掩膜紧密结合在一起；用电子束对PMMA曝光，将光刻板上的图形转移到SiO2掩膜上；使用缓冲氢氟酸对曝光后的SiO2掩膜层进行腐蚀，露出SiC，得到与侧栅图形相同的窗口 ； (4)将开窗后的样片置于石英管中，并连接好由三口烧瓶、水浴锅和石英管组成的反应装置，再对石英管加热至800-1000°C ； (5)对装有CCl4液体的三口烧瓶加热至60-80°C，再向三口烧瓶中通入流速为50-80ml/min的Ar气，利用Ar气携带CCl4蒸汽进入石英管中，使CCl4与裸露的SiC反应30-120min，生成碳膜； (6)将生成的碳膜样片置于缓冲氢氟酸溶液中以去除窗口以外的SiO2； (7)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°C下退火15-25分钟，使碳膜在窗口位置重构成具有侧栅图形的石墨烯，同时形成侧栅石墨烯晶体管的侧栅极、源极、漏极和导电沟道； (8)将CuI吴从石墨稀样片上取开； (9)在具有侧栅图形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； (10)按照侧栅、源、漏金属电极位置制作光刻版；再将浓度为7%的PMMA溶液旋涂于金属层上，并置于烘箱中在200°C下烘烤80s，使其与金属层紧密接触，用电子束曝光PMMA，将光刻版上图形转移到金属接触层上；以氧气作为反应气体，使用反应离子刻蚀RIE刻蚀曝光后的金属接触层，得到侧栅石墨烯晶体管的侧栅电极、源电极和漏电极； (11)使用...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭辉，胡彦飞，张玉明，韦超，雷天民，张克基，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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