[发明专利]一种基于石墨烯的双栅MOSFET的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双栅MOSFET的制备方法，特别是涉及一种基于石墨烯的双栅MOSFET的制备方法，属于微电子与固体电子领域。

背景技术

随着技术的不断进步，对于计算机运行速度的要求也不断提高，目前的硅基集成电路的发展受到了本身材料的限制，在室温下硅基晶体管的截止频率达4-5GHz后就很难在继续提高。石墨烯材料（2×10⁵cm²/V·s）拥有比硅材料（1.6×10³cm²/V·s）更高的载流子迁移率，同时石墨烯正是晶体管中导电通道最理想的材料。由于电子在石墨烯中的运行速度能够达到光速的1/300，要比在其它介质中的运行速度高很多，电子可不被散射而进行传输，用其制备的晶体管尺寸更小、速度更快、产热更少、能耗更低。

目前将石墨烯用于晶体管的前提是：要把在催化金属上制备的石墨烯转移下来后，放在合适衬底上才能制作晶体管。但是对于在金属基体上生长的石墨烯，生长后能否高质量地将石墨烯从金属基体转移到合适的衬底上是实现其在晶体管领域中应用的前提。但现有转移方法的工艺图如图1a至图1f所示，在一Si衬底1上生长一层SiO₂层2，然后在所述SiO₂层2上制备一层催化金属3；在所述催化金属3表面旋涂一层厚度均匀的高聚物4；将样品进行高温退火工艺，在所述高聚物4与催化金属3界面形成石墨烯40，多余高聚物4挥发掉；转移过程中为保护所述石墨烯40的结构不被破坏，不受污染，其上方区域重新旋涂一层高聚物4；施加外力，将催化金属3/石墨烯40/高聚物4堆垛结构从SiO₂层2上撕下；采用氯化铁腐蚀催化金属3，将石墨烯40/高聚物4堆垛结构放入丙酮中，溶解高聚物4；用所需的衬底将悬浮的所述石墨烯40捞起，再用酒乙醇和去离子水清洗，通过以上步骤将所述石墨烯转移到所需要的新衬底9上，然后再制备晶体管。

在上述现有工艺中，在转移的过程中还会造成石墨烯结构的破坏和污染，尤其不适合化学稳定性强的贵金属上石墨烯的转移，使用这样的石墨烯制作的晶体管，很难与常规的硅基晶体管相比，其优越性将荡然无存。

鉴于此，本发明提出的一种基于石墨烯的双栅MOSFET的制备方法，用以克服现有技术中工艺流程复杂、制备石墨烯时转移衬底所造成的石墨烯结构破坏和污染、以及造成催化金属浪费的缺点。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于石墨烯的双栅MOSFET的制备方法，用于解决现有技术中在制备基于石墨烯的双栅MOSFET过程中工艺流程复杂、制备石墨烯时由于转移衬底所造成的石墨烯结构破坏和污染、以及造成催化金属浪费的缺点的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种基于石墨烯的双栅MOSFET的制备方法,所述制备方法至少包括以下步骤：

1）提供一单晶硅衬底，在所述单晶硅衬底上生长一层SiO₂层；

2）在所述SiO₂层上旋涂一层高聚物作为制备石墨烯的碳源；

3）采用电子束蒸发或者溅射工艺在所述高聚物上制备一层催化金属层；

4）将样品放置于管式炉中，将所述管式炉抽真空至预定压强，然后向所述管式炉中通入预定比例的混合气体作为保护气氛，在所述保护气氛下对该样品进行高温退火处理，以在所述催化金属层与高聚物界面处形成石墨烯；

5）利用光刻及化学腐蚀工艺在所述催化金属层上开窗，并形成源、漏电极；

6）利用原子层沉积技术在所述催化金属层开窗区域的石墨烯上沉积一层高K栅介质薄膜，并利用掩膜板在所述高K栅介质薄膜上制备前栅极；

7）利用HF将高温退火处理时在所述单晶硅衬底背面形成的SiO₂腐蚀掉，然后制备背栅极。

可选地，于所述步骤1）中，生长的SiO₂层的厚度为5～15nm。

可选地，于所述步骤2）中，在所述SiO₂层上旋涂的高聚物为聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、或酚醛树脂。

可选地，于所述步骤3）中，在所述高聚物上制备一层催化金属层的催化金属材质为Cu、Ni、Co、Ir、Ru、或Pt，所述催化金属的厚度200nm～300nm。