石墨烯結(jié)構(gòu)、石墨烯器件及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯納米帶、石墨烯器件及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，對(duì)集成電路器件的集成度以及性能提出了更高的要求，新材料、新工藝、新器件不斷的被提出并研究。
[0003]石墨烯作為一種二維結(jié)構(gòu)的新型材料自2004年被分離制備出來(lái)以后就獲得了廣泛的關(guān)注，迅速成為了研究熱點(diǎn)。由于石墨烯在室溫下具有超高的載流子遷移率，若將石墨烯作為溝道材料制作晶體管，石墨烯器件將具有更好的性能。然而石墨烯本身不具有能隙，因此石墨烯晶體管不具有高的開關(guān)比，不能被用于有高開關(guān)比需求的應(yīng)用中。如何打開石墨烯的能隙，提高石墨烯器件的開關(guān)比成了石墨烯器件研究中的一個(gè)難題。
[0004]將石墨烯制作為納米帶是打開石墨烯能帶的方法之一，這對(duì)制備工藝提出了更高的要求，目前，提出了使用電子束曝光技術(shù)、化學(xué)方法的可向異性刻蝕、聲化學(xué)方法、碳納米管裁剪法、碳化硅基外延、有機(jī)合成、金屬模板直接生長(zhǎng)等方法進(jìn)行石墨烯納米帶的制備，但很多方法都難易大規(guī)模集成使用，有的不能提供足夠窄的納米條帶和足夠平滑的邊緣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種石墨烯結(jié)構(gòu)及器件的制造方法，易大規(guī)模集成使用。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]一種石墨烯結(jié)構(gòu)的制造方法，包括:
[0008]提供襯底，所述襯底上具有溝槽；
[0009]在所述溝槽中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層；
[0010]在催化劑層的上端面上生長(zhǎng)石墨烯層。
[0011]可選地，所述溝槽由襯底的第一介質(zhì)層形成，在所述溝槽中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層的步驟具體包括:
[0012]進(jìn)行至少一次淀積工藝，以形成第二介質(zhì)層與催化劑層相間隔的層疊結(jié)構(gòu)，淀積工藝包括:層疊淀積催化劑層和第二介質(zhì)層；
[0013]進(jìn)行平坦化，直至暴露第一介質(zhì)層，以在溝槽中形成層疊結(jié)構(gòu)。
[0014]可選地，采用ALD的方法淀積第二介質(zhì)層和催化劑層。
[0015]可選地，所述催化劑層的厚度小于10nm。
[0016]此外，本發(fā)明還提供了一種石墨烯結(jié)構(gòu)，包括:
[0017]襯底，襯底上形成有溝槽；
[0018]填滿溝槽的層疊結(jié)構(gòu)，層疊結(jié)構(gòu)包括沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層；
[0019]催化劑層的端面上的石墨烯層。
[0020]可選地，所述溝槽由襯底的第一介質(zhì)層形成，所述層疊結(jié)構(gòu)為在所述溝槽內(nèi)壁上層疊形成的相間隔的第二介質(zhì)層與催化劑層。
[0021]可選地，所述催化劑層的厚度小于10nm。
[0022]此外，本發(fā)明還提供了利用上述石墨烯結(jié)構(gòu)制備石墨烯器件的方法，包括:
[0023]采用上述任一石墨烯結(jié)構(gòu)的制造方法形成石墨烯層；
[0024]在石墨烯層上形成橫跨溝槽的源漏電極；
[0025]覆蓋在源漏電極之間的石墨烯層，形成橫跨溝槽的柵介質(zhì)層；
[0026]在柵介質(zhì)層上形成柵電極；
[0027]釋放溝槽中的層疊結(jié)構(gòu)。
[0028]可選地，所述柵介質(zhì)層進(jìn)一步覆蓋源漏電極。
[0029]此外，本發(fā)明還提供了上述方法形成的石墨烯器件，包括:
[0030]襯底，襯底上形成有溝槽；
[0031 ] 橫跨溝槽的源漏電極；
[0032]在源漏電極之間、橫跨溝槽的柵介質(zhì)層；
[0033]柵介質(zhì)層上的柵電極；
[0034]沿溝槽方向、連續(xù)設(shè)置于朝向溝槽的源漏電極、柵介質(zhì)層下的石墨烯層。
[0035]本發(fā)明提供的石墨烯結(jié)構(gòu)及其制造方法，通過(guò)在溝槽中形成相互間隔的催化劑層，進(jìn)而在催化劑層的端面上生長(zhǎng)石墨烯層，來(lái)形成石墨烯條帶，尤其適合尺寸更小的納米帶的制備，易大規(guī)模集成使用，并易于集成石墨烯器件。
【附圖說(shuō)明】
[0036]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0037]圖1-圖9為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例制造石墨烯器件的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明石墨烯結(jié)構(gòu)及石墨烯器件的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0039]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0040]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0041]首先，提供襯底100，所述襯底上具有溝槽110，如圖2所示。
[0042]在本發(fā)明中，所述襯底可以為具有絕緣層的復(fù)合襯底，也可以為絕緣襯底。本實(shí)施例中，所述襯底為娃襯底100,其上形成有第一介質(zhì)層102,如圖1所不。在第一介質(zhì)層102中形成有溝槽110。在本實(shí)施例中，具體地，在硅襯底100上沉積第一介質(zhì)層102，如氧化硅，而后，進(jìn)行刻蝕，并以硅襯底為停止層，以形成溝槽110，當(dāng)然，刻蝕也可以并不停止在硅襯底上，而保留一定厚度的第一介質(zhì)層，溝槽的深度優(yōu)選為1.5-2微米。
[0043]而后，在所述溝槽110中沿溝槽方向形成相互間隔的催化劑層120-1，如圖4所示。
[0044]具體地，在該實(shí)施例中，首先淀積第二介質(zhì)層120-2，而后淀積催化劑層120-1，進(jìn)而重復(fù)兩次該兩個(gè)淀積步驟，最后填滿第二介質(zhì)層，從而形成了由第二介質(zhì)層120-2相互間隔開三層催化劑層120-1的疊層結(jié)構(gòu)120，如圖3所示。在下一步驟進(jìn)行平坦化后，從端面看，形成了 6條沿溝槽方向相互間隔的催化劑層，如圖4所示。
[0045]在本發(fā)明中，層疊淀積第二介質(zhì)層和催化劑層的次數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，以形成所需層數(shù)和厚度的催化劑層。例如，在其他實(shí)施例中，可以僅進(jìn)行第二介質(zhì)層和催化劑層的一次淀積，具體地，先進(jìn)行所需厚度的催化劑層的淀積，而后繼續(xù)填滿第二介質(zhì)層，這樣，在進(jìn)行平坦化后，從端面看，形成了 2條沿溝槽方向間隔開的催化劑層(圖未示出)。
[0046]可以根據(jù)刻蝕的選擇性以及與其它工藝的集成度來(lái)具體選擇第二介質(zhì)層的材料，本實(shí)施例中，第二介質(zhì)層為氧化鋁。催化劑層為形成石墨烯的催化劑材料，常用的如過(guò)渡金屬的金屬催化劑，N1、Cu、Ru等。本實(shí)施例中，催化劑層為Cu。催化劑層120-1的厚度可以小于10nm，以在后續(xù)步驟中形成納米級(jí)的石墨烯條帶，當(dāng)然，可以根據(jù)器件及工藝的需要來(lái)選擇催