包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管及其制作方法与流程

本发明涉及微电子技术领域，特别涉及一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管及其制作方法。

背景技术：

石墨烯作为一种新型的电子功能材料，由于具有独特的物理结构及优异的电学性能，成为当今微电子材料的研究热点，在微电子领域具有广泛的应用前景。新的纳米结构材料（如mos2、mose2、wse2等）越来越受到关注。

栅电极与源极和漏极之间的un-gate区域产生的连接电阻是影响纳米场效应管性能的关键因素之一，采用自对准结构是解决这一问题的可行办法。在已有的自对准结构的纳米场效应管中，为了形成自对准的栅结构，有的需要两次或三次电子束曝光来形成t型栅结构，增加了工艺的复杂性，有的有二氧化硅的堆叠栅电极，降低了栅电容效率。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明提供一种制作简单、成本低、栅电容效率高的包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，并提供其制作方法。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，包括衬底，衬底上设有沟道材料层，沟道材料层中部为栅电极区域，栅电极区域两侧分别为源极区域和漏极区域，栅电极区域上沉积有栅介质层，栅介质层上沉积有第一金属层，第一金属层上沉积有第二金属层，源极区域和漏极区域上分别沉积源、漏金属以形成源、漏电极。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述第二金属层不被刻蚀剂腐蚀形成阻挡层，第一金属层被刻蚀剂腐蚀形成支撑层，第二金属层与第一金属层形成用于自对准的底切形状，从而构成栅电极。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述沟道材料层为石墨烯。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述栅介质层为沉积的铝自氧化后形成的介质。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述源、漏金属的厚度小于第一金属层的厚度。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述衬底包括基底层和位于基底层上方的绝缘层。

上述包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，所述绝缘层为sio2、si3n4、bn、al2o3、hfo2、aln、sic，si、sapphire、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料pet、聚酰亚胺pi、聚二甲基硅氧烷中的一种或两种以上的混合物。

一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管的制作方法，包括以下步骤：

1）在衬底上转移或沉积沟道材料，并图形化；

2）在沟道材料层上光刻定义栅电极区域；

3）在定义的栅电极区域沉积栅介质；

4）在栅介质层上沉积第一层金属；

5）在第一金属上沉积第二层金属；

6）剥离去除用于定义栅电极区域的光刻胶；

7）以第二金属层做阻挡层，用刻蚀剂刻蚀第一层金属，从而形成用于自对准的undercut形状；

8）沉积源漏金属形成源漏电极。

本发明的有益效果在于：本发明的第二金属层不被刻蚀剂腐蚀形成阻挡层，第一金属层被刻蚀剂腐蚀形成支撑层，第二金属层与第一金属层形成用于自对准的底切形状，从而构成栅电极，金属堆叠的栅电极增大了栅电容效率，并且定义用于自对准结构的栅电极只需要一次曝光，简化了制备工艺，也节省了制备成本。

附图说明

图1为本发明场效应管的内部结构示意图。

图2为本发明制造工艺第一步的示意图。

图3为本发明制造工艺第二步的示意图。

图4为本发明制造工艺第三步的示意图。

图5为本发明制造工艺第四步的示意图。

图6为本发明制造工艺第五步的示意图。

图7为本发明制造工艺第六步的示意图。

图8为本发明制造工艺第七步的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，包括衬底1，衬底1包括基底层和位于基底层上方的绝缘层。所述绝缘层为sio2、si3n4、bn、al2o3、hfo2、aln、sic，si、sapphire、玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯材料pet、聚酰亚胺pi、聚二甲基硅氧烷等中的一种或两种以上的混合物。所述基底层为半导体材料、导电材料或不同于绝缘层的材料中的一种或两种以上的混合物。

衬底1上设有沟道材料层2，沟道材料层2为石墨烯或者其它纳米结构材料，沟道材料层2中部为栅电极区域，栅电极区域两侧分别为源极区域和漏极区域，栅电极区域上沉积有栅介质层5，栅介质层5为沉积的铝自氧化后形成的介质，栅介质层5上沉积有第一金属层6，第一金属层6上沉积有第二金属层7，第一金属层6与第二金属层7之间设有用于增加粘附性的粘附金属层，所述第二金属层7不被刻蚀剂腐蚀形成阻挡层，第一金属层6被刻蚀剂腐蚀形成支撑层，第二金属层7与第一金属层6形成用于自对准的底切形状，从而构成栅电极g，源极区域和漏极区域上分别沉积源、漏金属以形成自对准的源极s和漏极d，源、漏金属的厚度小于第一金属层6的厚度。

一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管的制作方法，包括以下步骤：

1）在衬底1上转移或沉积沟道材料形成沟道材料层2，并图形化；

2）在沟道材料层2上用光刻胶3、4光刻定义栅电极区域；

3）在定义的栅电极区域沉积栅介质形成栅介质层5；

4）在栅介质层5上沉积第一层金属形成第一金属层6；

5）在第一金属层6上沉积第二层金属形成第二金属层7；

6）剥离去除用于定义栅电极区域的光刻胶；

7）以第二金属层7做阻挡层，用刻蚀剂刻蚀第一金属层6，从而形成用于自对准的undercut形状；

8）沉积源漏金属形成源漏电极8、9。

图2-8给出了制备本发明的各个阶段的示意图。图2示例出制备本发明的第一步，在衬底1上转移或沉积沟道材料层2石墨烯或者其它纳米结构材料，并图形化。图3示例出制备本发明的第二步，在所述沟道材料层2上只用一次光刻技术定义栅电极区域。图4示例出制备本发明的第三步，沉积栅介质。图5示例出制备本发明的第四步，在栅介质上沉积第一层金属。图6示例出制备本发明的第五步，第一层金属上沉积第二层金属。图7示例出制备本发明的第六步，剥离去除用于定义栅电极区域的光刻胶。图8示例出制备本发明的第七步，以第二金属层7做阻挡层，用一种刻蚀剂稍微刻蚀第一金属层6，从而形成用于自对准的undercut形状。最后，沉积源漏金属形成源漏电极8、9，源漏金属的厚度应小于第一层金属的厚度，即形成图1所示结构。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管，包括衬底，衬底上设有沟道材料层，沟道材料层中部为栅电极区域，栅电极区域两侧分别为源极区域和漏极区域，栅电极区域上沉积有栅介质层，栅介质层上沉积有第一金属层，第一金属层上沉积有第二金属层，源极区域和漏极区域上分别沉积源、漏金属以形成源、漏电极。本发明的第二金属层与第一金属层形成用于自对准的底切形状，从而构成栅电极，金属堆叠的栅电极增大了栅电容效率，并且定义用于自对准结构的栅电极只需要一次曝光，简化了制备工艺，也节省了制备成本。本发明还公开了一种包含金属堆叠栅电极的自对准纳米场效应管的制作方法。

技术研发人员：周细凤;曾荣周
受保护的技术使用者：湖南工程学院
技术研发日：2017.06.28
技术公布日：2017.09.22