自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术。
【背景技术】
[0002]石墨烯/黑磷自被发现以来，以其优异的性能引起了研究者们的极大关注。尤其是高迀移率的特点使其成为射频器件的关键材料。目前，加州大学洛杉矶分校已经报道了频率为427GHz的石墨烯晶体管。栅和源漏自对准是追求石墨烯/黑磷晶体管射频性能的一个重要手段，研究者们提出了多种自对准的方法。本发明提出了一种用化学机械平坦化实现自对准的方法。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，提供一种自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法。
[0004]本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤:
[0005]A、在衬底上形成氧化硅隔离层；
[0006]B、在氧化硅隔离层上制备氧化硅槽；
[0007]C、在氧化硅槽中填充栅电极材料；
[0008]D、对基片作表面平坦化处理；
[0009]E、对栅电极材料进行热氧化，形成薄层氧化硅层，以薄层氧化硅层作为绝缘栅介质；
[0010]F、在基片表面覆盖金属层；
[0011]G、对金属层进行表面平坦化处理，直至绝缘栅介质暴露于表面；
[0012]H、对余下的金属层作图形化处理，形成源电极和漏电极；
[0013]1、形成栅电极接触孔；
[0014]J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并对石墨烯薄膜或黑磷薄膜作图形化处理，使图形化的石墨烯薄膜或黑磷薄膜跨过栅电极/栅介质并与源电极和漏电极实现电连接。
[0015]栅电极材料为掺杂的多晶硅或耐熔金属硅化物。
[0016]本发明的有益效果是，易于控制，工艺成熟，重复性好，能够容易的实现栅电极与源漏电极的自对准。
[0017]以下结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步的说明。
【附图说明】
[0018]图1是本发明制备得到的晶体管结构的示意图。
[0019]图2至图21是各步骤的示意图，其中，
[0020]图2是石墨烯/黑磷晶体管硅衬底与其表面隔离氧化硅的示意图；
[0021]图3是石墨烯/黑磷晶体管硅衬底与其表面隔离氧化硅的俯视图；
[0022]图4是隔离氧化硅槽的形成步骤示意图；
[0023]图5是隔离氧化硅槽的形成的俯视图；
[0024]图6是多晶娃棚.电极填充步骤不意图；
[0025]图7是多晶娃棚.电极填充的俯视图；
[0026]图8是多晶硅栅电极化学机械抛光步骤示意图；
[0027]图9是多晶硅栅电极化学机械抛光的俯视图；
[0028]图10是石墨烯/黑磷晶体管栅介质氧化硅的形成步骤示意图；
[0029]图11是石墨烯/黑磷晶体管栅介质氧化硅的形成的俯视图；
[0030]图12是在器件表面沉积金属材料步骤的示意图；
[0031 ]图13是器件表面沉积金属材料的俯视图；
[0032]图14是器件表面沉积金属的化学机械抛光步骤示意图；
[0033]图15是器件表面沉积金属的化学机械抛光的俯视图；
[0034]图16是石墨烯/黑磷晶体管源漏电极图形化步骤示意图；
[0035]图17是石墨烯/黑磷晶体管源漏电极图形化的俯视图；
[0036]图18是石墨烯/黑磷晶体管栅电极接触孔刻蚀步骤示意图；
[0037]图19是石墨烯/黑磷晶体管栅电极接触孔刻蚀的俯视图；
[0038]图20是石墨烯/黑磷的形成及图形化步骤示意图；
[0039]图21是石墨烯/黑磷的形成及图形化的俯视图。
[0040]标号说明[0041 ]I 衬底
[0042]2隔离氧化硅
[0043]3栅电极
[0044]4栅介质
[0045]5 金属
[0046]501源电极
[0047]502漏电极
[0048]6石墨烯/黑磷
【具体实施方式】
[0049]本发明提出了一种自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的实现方法，如图1所示。石墨烯/黑磷晶体管的栅电极3为多晶硅或耐熔金属(钛、钼、钴等)硅化物，栅介质4为栅电极表面形成的二氧化硅薄膜。石墨烯/黑磷晶体管的栅电极3及栅介质4位于一个二氧化硅槽内。在工艺过程中，器件栅电极3的位置自动与器件源电极501和漏电极502的位置对准，从而大大减小了栅与源漏的交叠电容，最终可使得器件频率得到大幅度提高。
[0050]图2至图21是本发明提出的新型硅栅石墨烯/黑磷晶体管结构的形成过程中的剖面图和俯视图。如图2、图3所示，首先在衬底I上形成一厚隔离氧化硅2层，该隔离氧化硅2层主要起隔离的作用。使用的衬底I可以是硅衬底，包括η型硅和P型硅，也可以是其他一些材料，如石英玻璃、蓝宝石等等。隔离氧化硅2的形成可以是热氧化的方式，也可以是沉积的方式，如化学气相沉积或物理气相沉积。
[0051]隔离氧化硅2形成之后，在其上通过使用湿法腐蚀或干法刻蚀的办法形成氧化硅槽，如图4、图5所示。
[0052]使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)的办法向已形成的氧化硅槽中填充多晶硅栅电极3，如图6、图7所示。多晶硅栅电极3的掺杂可以使用原位方式，也可以使用离子注入的方式，掺杂类型包括η型或P型。
[0053]使用化学机械抛光(CMP)等办法对氧化硅槽内的多晶硅栅电极3进行表面平坦化，如图8、图9所示。然后对氧化硅槽中的多晶硅栅电极3进行热氧化，形成一薄层氧化硅层，该薄层氧化硅层作为石墨烯/黑磷晶体管的栅介质4，如图10、图11所示。
[0054]接下来使用蒸发或溅射等沉积办法在上述基底表面形成一层金属5，如图12、图13所示。所形成的金属5材料包括多种金属类型，如钛、镍、金、铂、钯等等。
[0055]使用化学机械抛光(CMP)等办法对上述金属5进行表面平坦化，直至绝缘栅介质4暴露于表面，如图14、图15所示。
[0056]使用光刻刻蚀等办法对余下的金属5进行图形化，形成图形化的源电极501和漏电极502，如图16、图17所示。
[0057 ]用光刻刻蚀的办法形成多晶硅栅电极3接触孔，如图18、图19所示。
[0058]最后，在较平坦的衬底表面形成石墨烯/黑磷6薄膜，并使用等离子体刻蚀等办法对石墨烯/黑磷6薄膜进行图形化，如图20、图21所示。由于石墨烯/黑磷6薄膜形成于较平坦的衬底表面，因此石墨烯/黑磷6薄膜的性能可以被很好的保持。
[0059]上述实现过程的最终结果是很好的实现了石墨烯/黑磷晶体管源电极501和漏电极502与栅电极3的自对准。
【主权项】
1.自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法，其特征在于，包括下述步骤: A、在衬底上形成氧化硅隔离层； B、在氧化硅隔离层上制备氧化硅槽； C、在氧化硅槽中填充栅电极材料； D、对基片作表面平坦化处理； E、对栅电极材料进行热氧化，形成薄层氧化硅层，以薄层氧化硅层作为绝缘栅介质； F、在基片表面覆盖金属层； G、对金属层进行表面平坦化处理，直至绝缘栅介质暴露于表面； H、对余下的金属层作图形化处理，形成源电极和漏电极； 1、形成栅电极接触孔； J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并对石墨烯薄膜或黑磷薄膜作图形化处理，使图形化的石墨烯薄膜或黑磷薄膜跨过栅电极/栅介质并与源电极和漏电极实现电连接。2.如权利要求1所述的自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法，其特征在于，栅电极材料为掺杂的多晶硅或耐熔金属硅化物。3.如权利要求1所述的自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法，其特征在于，所述衬底的材料为硅，或者石英玻璃，或者蓝宝石。
【专利摘要】自对准石墨烯/黑磷晶体管结构的制备方法，涉及半导体技术。本发明包括下述步骤：A、在衬底上形成氧化硅隔离层；B、在氧化硅隔离层上制备氧化硅槽；C、在氧化硅槽中填充栅电极材料；D、对基片作表面平坦化处理；E、对栅电极材料进行热氧化，形成薄层氧化硅层，以薄层氧化硅层作为绝缘栅介质；F、在基片表面覆盖金属层；G、对金属层进行表面平坦化处理；H、形成源电极和漏电极；I、形成栅电极接触孔；J、在基片上形成石墨烯薄膜或黑磷薄膜，并对石墨烯薄膜或黑磷薄膜作图形化处理。本发明的有益效果是，易于控制，工艺成熟，重复性好，能够容易的实现栅电极与源漏电极的自对准。
【IPC分类】H01L21/34, H01L29/78
【公开号】CN105428417
【申请号】CN201510821612
【发明人】李平, 王刚, 张庆伟, 陈远富, 宋林财
【申请人】电子科技大学
【公开日】2016年3月23日
【申请日】2015年11月24日