一种石墨烯场效应晶体管的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种石墨烯场效应晶体管的制备方法。
【背景技术】
[0002]2014年，英国曼彻斯特大学的Andre Geim教授与Kostya Novaselov博士采用一种简单的微机械剥离法制备了一种单原子厚度的碳膜，即石墨烯薄膜，并因此获得2010年的诺贝尔物理奖，受到了全世界研究人员的关注.
[0003]石墨烯(Graphene)是由单层碳原子紧密堆积成二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，是构建其它维度碳质新材料的基本单元，如零维富勒烯、一维碳纳米管、三维石墨等。作为一种新型的二维碳纳米材料，石墨烯以其独特而优异的电学、热学、力学等方面的性能而成为目前研究的热点，石墨烯场效应晶体管也应运而生。
[0004]请参阅图1-7，图1为现有的石墨烯场效应晶体管器件的结构示意图，图2为现有的石墨烯场效应晶体管的制备方法的流程示意图，图3-7为现有的石墨烯场效应晶体管的制备方法的各制备步骤的示意图；
[0005]请参阅图1，现有的石墨烯场效应晶体管的结构包括:一半导体衬底01及半导体衬底01上的氧化硅层(未示出)；在半导体衬底01上的带状石墨烯导电沟道02，位于带状石墨烯导电沟道02两侧的源极03和漏极04。
[0006]请参阅图2，现有的石墨烯场效应晶体管的制备方法包括以下步骤:
[0007]步骤L1:请参阅图3，提供一半导体衬底100 ;这里，在半导体衬底100表面还具有氧化硅层(未示出)；
[0008]步骤L2:请参阅图4，在半导体衬底100上形成石墨烯薄膜101 ;
[0009]步骤L3:请参阅图5，经光刻、金属沉积及剥离工艺，在石墨稀薄膜101上形成金属对准标记(图中白色十字所示)；
[0010]步骤L4:请参阅图6，经光刻和刻蚀工艺，图形化石墨烯薄膜101，形成带状石墨烯101’，带状石墨烯101’作为导电沟道；
[0011]步骤L5:请参阅图7，经光刻、金属沉积及剥离工艺，在带状石墨烯101’上形成源极102、漏极103。
[0012]然而，在石墨烯场效应晶体管的制备过程中，需要经光刻工艺在石墨烯表面形成所需要的图案，由于石墨烯表面有很强的吸附能力，光刻工艺中所采用的光刻胶极易被石墨烯吸附，从而导致石墨烯表面的光刻胶无法彻底清洗掉，造成光刻胶残留。光刻胶残留将会造成石墨烯场效应晶体管的性能下降。
[0013]因此，在石墨烯场效应晶体管的制备过程中如何能够有效减少光刻胶残留缺陷成为重要的研究课题。
【发明内容】
[0014]为了克服以上问题，本发明旨在提供一种石墨烯场效应晶体管的制备方法，从而减少光刻胶的使用频率，降低光刻胶残留。
[0015]为了实现上述目的，本发明提供了一种石墨烯场效应晶体管的制备方法，其包括以下步骤:
[0016]步骤01:提供一半导体衬底，在所述半导体衬底上形成对准标记；
[0017]步骤02:在所述半导体衬底上形成石墨烯薄膜层；
[0018]步骤03:经光刻和刻蚀工艺，图形化所述石墨烯薄膜层，形成带状石墨烯和所述石墨烯薄膜层的对准标记，所述带状石墨烯作为导电沟道；其中，利用所述衬底上形成的所述对准标记实现所述带状石墨烯的对准；
[0019]步骤04:经光刻、金属沉积及剥离工艺，在所述带状石墨烯上形成源极、漏极；在该步光刻中，利用所述石墨烯薄膜层的对准标记实现所述源极、所述漏极对所述带状石墨烯的对准。
[0020]优选地，所述步骤01包括:
[0021]步骤011:在所述半导体衬底上形成一层氧化层；
[0022]步骤012:经光刻工艺和湿法刻蚀工艺，在所述氧化层中刻蚀出所述对准标记。
[0023]优选地，所述步骤011中，采用热氧化工艺形成所述氧化层；所述步骤012中，所述湿法刻蚀工艺采用的药液为氢氟酸。
[0024]优选地，采用所述热氧化工艺中形成所述氧化层包括:将所述半导体衬底放入热氧化炉中，升温，依次通入干氧、湿氧和干氧，在所述半导体衬底上形成所述氧化层。
[0025]优选地，所述步骤012中，采用所述氢氟酸进行所述湿法刻蚀工艺过程中，所采用的刻蚀时间为100-140S。
[0026]优选地，所述半导体衬底为高掺杂硅衬底，所述氧化层为二氧化硅层。
[0027]优选地，所述步骤02包括:
[0028]步骤021:在一基底上生长石墨烯薄膜；
[0029]步骤022:将所述在一基底上生长的石墨烯薄膜转移至所述半导体衬底表面。
[0030]优选地，所述步骤022包括:
[0031]步骤0221:在所述石墨烯薄膜上旋涂PMMA胶体，经烘烤，形成均匀的PMMA膜；
[0032]步骤0222:去除所述基底；
[0033]步骤0223:将表面具有所述PMMA膜的所述石墨烯薄膜置入去离子水中清洗；
[0034]步骤0224:利用具有所述对准标记的所述半导体衬底将表面具有所述PMMA膜的所述石墨烯薄膜捞起；所述石墨烯薄膜贴着所述半导体衬底表面；
[0035]步骤0225:经烘烤，使所述石墨烯薄膜与所述半导体衬底结合牢固；
[0036]步骤0226:将所述PMMA去除，从而在所述半导体衬底上形成所述石墨烯薄膜。
[0037]优选地，所述步骤03中，采用氧等离子体进行所述刻蚀工艺。
[0038]优选地，所述步骤04中，所述源极和所述漏极的形成包括:
[0039]步骤041:在所述带状石墨烯表面涂覆光刻胶，利用所述石墨烯薄膜层的所述对准标记对所述带状石墨烯进行定位，经光刻工艺，在所述光刻胶中形成源极图案和漏极图案；
[0040]步骤042:采用电子束蒸发工艺在所述源极图案和所述漏极图案中沉积金属；
[0041]步骤043:采用剥离工艺，将所述光刻胶以及在所述源极图案和所述漏极图案之外的所述金属去除。
[0042]本发明的石墨烯场效应晶体管的制备方法，与现有的方法相比，将对准标记制备在半导体衬底上，利用衬底上的对准标记实现石墨烯薄膜的对准，而不是制备在石墨烯薄膜上，减少了一次光刻，不仅提高了石墨烯薄膜的对准精度，还减少了石墨烯与光刻胶接触的机会，进而减少了光刻胶在石墨烯上的残留，提升了器件的性能；并且由于减少了工艺步骤，则降低了成本。
【附图说明】
[0043]图1为现有的石墨烯场效应晶体管器件的结构示意图
[0044]图2为现有的石墨烯场效应晶体管的制备方法的流程示意图
[0045]图3-7为现有的石墨烯场效应晶体管的制备方法的各制备步骤的示意图
[0046]图8为本发明的一个较佳实施例的石墨烯场效应晶体管的制备方法的流程示意图
[0047]图9-13为本发明的一个较佳实施例的石墨烯场效应晶体管的制备方法的各制备步骤示意图
[0048]图14为本发明的一个较佳实施例的将石墨烯薄膜转移至半导体衬底上的过程的流程示意图
【具体实施方式】
[0049]为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
[0050]以下结合附图8-14和具体实施例对本发明的一种石墨烯场效应晶体管的制备方法作进一步详细说明。图8为本发明的一个较佳实施例的石墨烯场效应晶体管的制备方法的流程示意图，图9-13为本发明的一个较佳实施例的石墨烯场效应晶体管的制备方法的各制备步骤示意图，图14为本发明的一个较佳实施例的将石墨烯薄膜转移至半导体衬底上的过程的流程示意图。需说明的是，附图均采用非常简化的形式、使用非精准的比例，且仅用以方便、清晰地达到辅助说明本实施例的目的。
[0051]请参阅图8，本实施例中的石墨烯场效应晶体管的制备方法，包括以下步骤:
[0052]步骤01:请参阅图9和图10，提供一半导体衬底200，在半导体衬底200上形成对准标记201 ;
[0053]具体的，包括:
[0054]步骤011:在半导体衬底200上形成一层氧化层(未示出)；这里，可以采用热氧化工艺形成氧化层；采用热氧化工艺中形成氧化层可以包括:将半导体衬底放入热氧化炉中，升温，依次通入干氧、湿氧和干氧，在半导体衬底上形成氧化层；所采用的半导体衬底为高掺杂硅衬底，所采用的氧化层为二氧化硅层，即形成Si02/Si衬底。举例来说，步骤011可以但不限于包括以下过程:将高掺杂的硅衬底放入热氧化炉中，将炉子温度升至1200°C后，分别通入干氧、湿氧、干氧，时间分别为8min、8min、8min，得到的二氧化娃层厚度约为300nmo
[0055]步骤012:经光刻工艺和湿法刻蚀工艺，在氧化层中刻蚀出对准标记201 ;这里，湿法刻蚀工艺采用的药液为氢氟酸；所采用的刻蚀时间为100-140S。对准标记可以为凹槽状；举例来说，该步骤012可以但不限于包括以下过程:在Si02/Si衬底上旋涂AZ SLD2530光刻胶，转速3000rpm，旋涂30s后放在热板上110°C烘烤90s，使光刻胶中的有机溶剂充分挥发，利用紫外曝光把对准标记图案刻写在Si02/Si衬底上，用AZ 300MIF显影液显影60s，得到对准标记图案，接着用氢氟酸湿法刻蚀120s，即可在曝光位置处刻蚀出对准标记凹槽。
[0056]步骤02:请参阅图11，在半导体衬底201上形成石墨稀薄膜层202 ；
[0057]