自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯/黑磷自被發(fā)現(xiàn)以來，以其優(yōu)異的性能引起了研究者們的極大關(guān)注。尤其是高迀移率的特點(diǎn)使其成為射頻器件的關(guān)鍵材料。目前，加州大學(xué)洛杉磯分校已經(jīng)報(bào)道了頻率為427GHz的石墨烯晶體管。柵和源漏自對準(zhǔn)是追求石墨烯/黑磷晶體管射頻性能的一個重要手段，研究者們提出了多種自對準(zhǔn)的方法。本發(fā)明提出了一種用化學(xué)機(jī)械平坦化實(shí)現(xiàn)自對準(zhǔn)的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法。
[0004]本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是，自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟:
[0005]A、在襯底上形成氧化硅隔離層；
[0006]B、在氧化硅隔離層上制備氧化硅槽；
[0007]C、在氧化硅槽中填充柵電極材料；
[0008]D、對基片作表面平坦化處理；
[0009]E、對柵電極材料進(jìn)行熱氧化，形成薄層氧化硅層，以薄層氧化硅層作為絕緣柵介質(zhì)；
[0010]F、在基片表面覆蓋金屬層；
[0011]G、對金屬層進(jìn)行表面平坦化處理，直至絕緣柵介質(zhì)暴露于表面；
[0012]H、對余下的金屬層作圖形化處理，形成源電極和漏電極；
[0013]1、形成柵電極接觸孔；
[0014]J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并對石墨烯薄膜或黑磷薄膜作圖形化處理，使圖形化的石墨烯薄膜或黑磷薄膜跨過柵電極/柵介質(zhì)并與源電極和漏電極實(shí)現(xiàn)電連接。
[0015]柵電極材料為摻雜的多晶硅或耐熔金屬硅化物。
[0016]本發(fā)明的有益效果是，易于控制，工藝成熟，重復(fù)性好，能夠容易的實(shí)現(xiàn)柵電極與源漏電極的自對準(zhǔn)。
[0017]以下結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明制備得到的晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0019]圖2至圖21是各步驟的示意圖，其中，
[0020]圖2是石墨烯/黑磷晶體管硅襯底與其表面隔離氧化硅的示意圖；
[0021]圖3是石墨烯/黑磷晶體管硅襯底與其表面隔離氧化硅的俯視圖；
[0022]圖4是隔離氧化硅槽的形成步驟示意圖；
[0023]圖5是隔離氧化硅槽的形成的俯視圖；
[0024]圖6是多晶娃棚.電極填充步驟不意圖；
[0025]圖7是多晶娃棚.電極填充的俯視圖；
[0026]圖8是多晶硅柵電極化學(xué)機(jī)械拋光步驟示意圖；
[0027]圖9是多晶硅柵電極化學(xué)機(jī)械拋光的俯視圖；
[0028]圖10是石墨烯/黑磷晶體管柵介質(zhì)氧化硅的形成步驟示意圖；
[0029]圖11是石墨烯/黑磷晶體管柵介質(zhì)氧化硅的形成的俯視圖；
[0030]圖12是在器件表面沉積金屬材料步驟的示意圖；
[0031 ]圖13是器件表面沉積金屬材料的俯視圖；
[0032]圖14是器件表面沉積金屬的化學(xué)機(jī)械拋光步驟示意圖；
[0033]圖15是器件表面沉積金屬的化學(xué)機(jī)械拋光的俯視圖；
[0034]圖16是石墨烯/黑磷晶體管源漏電極圖形化步驟示意圖；
[0035]圖17是石墨烯/黑磷晶體管源漏電極圖形化的俯視圖；
[0036]圖18是石墨烯/黑磷晶體管柵電極接觸孔刻蝕步驟示意圖；
[0037]圖19是石墨烯/黑磷晶體管柵電極接觸孔刻蝕的俯視圖；
[0038]圖20是石墨烯/黑磷的形成及圖形化步驟示意圖；
[0039]圖21是石墨烯/黑磷的形成及圖形化的俯視圖。
[0040]標(biāo)號說明[0041 ]I 襯底
[0042]2隔離氧化硅
[0043]3柵電極
[0044]4柵介質(zhì)
[0045]5 金屬
[0046]501源電極
[0047]502漏電極
[0048]6石墨烯/黑磷
【具體實(shí)施方式】
[0049]本發(fā)明提出了一種自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，如圖1所示。石墨烯/黑磷晶體管的柵電極3為多晶硅或耐熔金屬(鈦、鉬、鈷等)硅化物，柵介質(zhì)4為柵電極表面形成的二氧化硅薄膜。石墨烯/黑磷晶體管的柵電極3及柵介質(zhì)4位于一個二氧化硅槽內(nèi)。在工藝過程中，器件柵電極3的位置自動與器件源電極501和漏電極502的位置對準(zhǔn)，從而大大減小了柵與源漏的交疊電容，最終可使得器件頻率得到大幅度提高。
[0050]圖2至圖21是本發(fā)明提出的新型硅柵石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的形成過程中的剖面圖和俯視圖。如圖2、圖3所示，首先在襯底I上形成一厚隔離氧化硅2層，該隔離氧化硅2層主要起隔離的作用。使用的襯底I可以是硅襯底，包括η型硅和P型硅，也可以是其他一些材料，如石英玻璃、藍(lán)寶石等等。隔離氧化硅2的形成可以是熱氧化的方式，也可以是沉積的方式，如化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。
[0051]隔離氧化硅2形成之后，在其上通過使用濕法腐蝕或干法刻蝕的辦法形成氧化硅槽，如圖4、圖5所示。
[0052]使用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)的辦法向已形成的氧化硅槽中填充多晶硅柵電極3，如圖6、圖7所示。多晶硅柵電極3的摻雜可以使用原位方式，也可以使用離子注入的方式，摻雜類型包括η型或P型。
[0053]使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等辦法對氧化硅槽內(nèi)的多晶硅柵電極3進(jìn)行表面平坦化，如圖8、圖9所示。然后對氧化硅槽中的多晶硅柵電極3進(jìn)行熱氧化，形成一薄層氧化硅層，該薄層氧化硅層作為石墨烯/黑磷晶體管的柵介質(zhì)4，如圖10、圖11所示。
[0054]接下來使用蒸發(fā)或?yàn)R射等沉積辦法在上述基底表面形成一層金屬5，如圖12、圖13所示。所形成的金屬5材料包括多種金屬類型，如鈦、鎳、金、鉑、鈀等等。
[0055]使用化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等辦法對上述金屬5進(jìn)行表面平坦化，直至絕緣柵介質(zhì)4暴露于表面，如圖14、圖15所示。
[0056]使用光刻刻蝕等辦法對余下的金屬5進(jìn)行圖形化，形成圖形化的源電極501和漏電極502，如圖16、圖17所示。
[0057 ]用光刻刻蝕的辦法形成多晶硅柵電極3接觸孔，如圖18、圖19所示。
[0058]最后，在較平坦的襯底表面形成石墨烯/黑磷6薄膜，并使用等離子體刻蝕等辦法對石墨烯/黑磷6薄膜進(jìn)行圖形化，如圖20、圖21所示。由于石墨烯/黑磷6薄膜形成于較平坦的襯底表面，因此石墨烯/黑磷6薄膜的性能可以被很好的保持。
[0059]上述實(shí)現(xiàn)過程的最終結(jié)果是很好的實(shí)現(xiàn)了石墨烯/黑磷晶體管源電極501和漏電極502與柵電極3的自對準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括下述步驟: A、在襯底上形成氧化硅隔離層； B、在氧化硅隔離層上制備氧化硅槽； C、在氧化硅槽中填充柵電極材料； D、對基片作表面平坦化處理； E、對柵電極材料進(jìn)行熱氧化，形成薄層氧化硅層，以薄層氧化硅層作為絕緣柵介質(zhì)； F、在基片表面覆蓋金屬層； G、對金屬層進(jìn)行表面平坦化處理，直至絕緣柵介質(zhì)暴露于表面； H、對余下的金屬層作圖形化處理，形成源電極和漏電極； 1、形成柵電極接觸孔； J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并對石墨烯薄膜或黑磷薄膜作圖形化處理，使圖形化的石墨烯薄膜或黑磷薄膜跨過柵電極/柵介質(zhì)并與源電極和漏電極實(shí)現(xiàn)電連接。2.如權(quán)利要求1所述的自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，柵電極材料為摻雜的多晶硅或耐熔金屬硅化物。3.如權(quán)利要求1所述的自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述襯底的材料為硅，或者石英玻璃，或者藍(lán)寶石。
【專利摘要】自對準(zhǔn)石墨烯/黑磷晶體管結(jié)構(gòu)的制備方法，涉及半導(dǎo)體技術(shù)。本發(fā)明包括下述步驟：A、在襯底上形成氧化硅隔離層；B、在氧化硅隔離層上制備氧化硅槽；C、在氧化硅槽中填充柵電極材料；D、對基片作表面平坦化處理；E、對柵電極材料進(jìn)行熱氧化，形成薄層氧化硅層，以薄層氧化硅層作為絕緣柵介質(zhì)；F、在基片表面覆蓋金屬層；G、對金屬層進(jìn)行表面平坦化處理；H、形成源電極和漏電極；I、形成柵電極接觸孔；J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并對石墨烯薄膜或黑磷薄膜作圖形化處理。本發(fā)明的有益效果是，易于控制，工藝成熟，重復(fù)性好，能夠容易的實(shí)現(xiàn)柵電極與源漏電極的自對準(zhǔn)。
【IPC分類】H01L21/34, H01L29/78
【公開號】CN105428417
【申請?zhí)枴緾N201510821612
【發(fā)明人】李平, 王剛, 張慶偉, 陳遠(yuǎn)富, 宋林財(cái)
【申請人】電子科技大學(xué)
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年11月24日