[发明专利]一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法

说明书

一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法，该方法包括：提供绝缘衬底；在衬底上形成石墨烯导电层；在石墨烯导电层上沉积栅介质；图形化得到栅电极；形成栅极侧壁；以含有侧壁的栅极为掩膜，对栅介质层进行腐蚀；制作源漏自对准电极，其中栅极侧墙作为隔离，避免栅源、栅漏电极短路；最后，腐蚀掉栅极侧壁，得到空气隙自对准石墨烯晶体管。本发明方法制备工艺简单，易于与集成电路制造工艺兼容，同时由于实现了栅与源漏电极的自对准，从而大大缩短了器件通路区，减小了寄生电阻；通过侧壁腐蚀，形成空气隙，减小了栅源、栅漏之间的寄生电容，提高了石墨烯射频场效应晶体管性能。

技术领域

本发明属于场效应晶体管制造领域，更具体地涉及一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法。

背景技术

由于超高的载流子迁移率和饱和漂移速度，石墨烯近年来吸引了人们的广泛关注，有望应用于未来的高速电子和射频领域。目前，石墨烯场效应晶体管的电流截止频率f_T虽然已经达到427GHz，但仍远小于其理想值。其中一个重要因素就是寄生电阻过大。通路区电阻对石墨烯器件频率特性的影响随着栅长的减小而更加明显。因此缩短通路区，是提高其射频性能的关键。同时，石墨烯作为典型的二维材料，在器件加工过程中容易受环境和残留光刻胶的影响，从而对石墨烯材料造成掺杂和污染，是影响石墨烯器件的另一个主要因素。栅源和栅漏寄生电容同样也会影响石墨烯晶体管的射频性能。

因此，开发空气隙自对准工艺来尽可能减小石墨烯场效应晶体管的寄生电阻和寄生电容是非常有实用意义的。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种石墨烯场效应晶体管及其制造方法，以便实现减小器件的通路电阻和寄生电容、提高石墨烯器件的性能中的至少一个技术效果。

为达到上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种石墨烯场效应晶体管的制造方法，包括以下步骤：

提供绝缘衬底；

在所述绝缘衬底上形成石墨烯导电层；

在所述石墨烯导电层上沉积一栅介质层；

在所述栅介质层上，形成栅电极；

在上述制备的器件上沉积栅极侧墙薄膜，进行无掩膜各向异性刻蚀，在所述栅电极两侧形成栅极侧墙，所述栅电极和栅极侧墙以外区域暴露出栅介质层；

以带有所述栅极侧墙的栅电极作为掩膜，对所述栅介质层进行腐蚀，去除不被所述栅电极覆盖的栅介质；

在上述制备的器件上形成金属层，并形成源电极和漏电极，所述源电极、漏电极与所述栅电极形成自对准结构；

腐蚀所述栅极侧壁，使得所述栅电极与源电极、所述栅电极与漏电极之间形成空气隙结构。

其中，所述绝缘衬底由SiO₂、SiC、BN、Al₂O₃、DLC中的一种或两种以上组成。

其中，所述石墨烯导电层通过机械剥离、CVD生长转移或直接外延在衬底上形成，所述石墨烯导电层的层数为1～3层。

其中，所述栅介质层通过两步工艺形成：

在所述石墨烯导电层上形成一层栅介质种子层；

在所述栅介质种子层上形成栅介质。

其中，所述栅介质种子层选用易氧化的活泼金属，优选为铝、钇，通过氧化的方法形成一薄层的氧化物种子层；或者采用有机物，优选为苯并环丁烯做栅介质沉积的种子层；以及

所述栅介质优选采用SiO₂、Si₃N₄或金属氧化物层来制备，优选为氧化铝、氧化锆、氧化铪或氧化钛。