[发明专利]一种基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法

说明书

本发明提供一种基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法，其中包括：提供基板，在基板上沉积石墨烯层，并在石墨烯层上沉积自对准层；在自准层上旋涂第一光刻胶，经过图形化并刻蚀去除部分自对准层和石墨烯层后移除第一光刻胶；在自对准层上旋涂第二光刻胶，经图形化后在自对准层的中心位置刻蚀开槽，保留第二正光刻胶；在槽中沉积栅介质层和栅电极，旋涂第三光刻胶层并进行图形化，保留槽上方的第三光刻胶，刻蚀部分栅介质层和栅电极，形成栅结构，去除第三光刻胶；产生源电极和漏电极。本发明能够在限定栅介质层的区域时使用正光刻胶，避免栅电极与石墨烯层直接接触，使得石墨烯场效应晶体管的性能更加稳定。

技术领域

本发明涉及微电子与固体电子技术领域，尤其涉及一种基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法。

背景技术

随着晶体管特征尺寸的缩小，由于短沟道效应等物理规律和制造成本的限制，主流硅基材料与CMOS技术正发展到10纳米工艺节点而很难继续提升。目前，以碳材料为基的纳米电子学得到了广泛的关注，尤其是随着石墨烯材料的发现，石墨烯具有超高电子迁移率以及电子饱和速度，并且具有二维平面结构，可以与传统硅工艺集成，因此被认为是可替代硅的下一代集成电路新材料。基于石墨烯的纳电子器件因为具有尺寸小、速度快、功耗低、工艺简单等特点，受到人们越来越广泛的关注。

但是，对于普通的石墨烯晶体管，由于石墨烯上下表面发生的各种散射，造成石墨烯的实际电子迁移率远低于其理论上所能达到的最大电子迁移率，限制了其在高频应用中的使用。此外，石墨烯场效应晶体管(GFET)在高频应用中的一个重要参数是本征频率f_T，其与器件的接触电阻呈负相关关系，当器件的接触电阻降低时，本征频率增加。

在现有技术中，通过采用自对准工艺减小未被栅电极覆盖的沟道区域的长度，可以降低器件的接触电阻。当使用经自然氧化的铝作为栅介质层时，由于在限定栅介质层的区域时使用了负光刻胶，继续生长的栅电极可能覆盖栅介质层的边缘，从而造成栅电极与石墨烯直接接触，引起器件短路。因此，亟需设计一种新式的基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法，有效解决现有技术中栅电极易与石墨烯直接接触造成器件短路的问题。

发明内容

本发明提供的基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法，能够针对现有技术的不足，有效解决栅电极易与石墨烯直接接触造成器件短路的问题。

第一方面，本发明提供一种基于自对准工艺的石墨烯场效应晶体管制造方法，其中包括：

步骤一、提供基板，在所述基板上沉积石墨烯层，并在所述石墨烯层上沉积自对准层；

步骤二、在所述自准层上旋涂第一光刻胶，经过图形化后刻蚀去除所述自对准层和所述石墨烯层未被所述第一光刻胶覆盖的部分，随后移除所述第一光刻胶；

步骤三、在所述自对准层上旋涂第二光刻胶，经图形化后刻蚀去除所述自对准层未被所述第二光刻胶覆盖的部分，在所述自对准层的中心位置开槽，并保留所述第二正光刻胶；

步骤四、在所述槽中沉积栅介质层和栅电极，旋涂第三光刻胶层并进行图形化，保留所述槽上方的所述第三光刻胶，刻蚀所述栅介质层和所述栅电极未被所述第三光刻胶层覆盖的部分，形成栅结构，去除所述第三光刻胶；

步骤五、产生源电极和漏电极。

可选地，上述第一光刻胶、第二光刻胶、第三光刻胶均为正性光刻胶。

可选地，上述基板为半导体基板、绝缘体基板、聚合物基板、层叠基板中的任何种类或其组合。

可选地，上述基板为硅基板，且在所述硅基板上覆盖有二氧化硅层。

可选地，上述石墨烯层为单原子层或多原子层。

可选地，上述单原子层或多原子层中的石墨烯为单晶结构。