本發(fā)明涉及微電子與納米電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法。

背景技術(shù)：

隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，按比例縮小電子器件尺寸可以有效地提高器件性能。然而，當(dāng)器件尺寸進(jìn)入22nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)后，硅基晶體管已接近其物理極限，繼續(xù)減小器件尺寸，受到短溝道效應(yīng)影響，器件性能嚴(yán)重下降。為了突破傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體器件所面臨的技術(shù)瓶頸，使得器件尺寸進(jìn)一步減小，二維材料受到廣泛關(guān)注，其中最具代表性的是石墨烯和過渡金屬硫化物。

石墨烯的室溫載流子遷移率高，電流密度耐性好，導(dǎo)熱率與碳納米管相當(dāng)，被認(rèn)為在高速電路方面有著廣泛的應(yīng)用前景。但是石墨烯缺乏帶隙，器件不能有效關(guān)斷，導(dǎo)致功耗無法降低，嚴(yán)重制約了其在數(shù)字邏輯電路方面的應(yīng)用。而過渡金屬硫化物作為一種二維的半導(dǎo)體材料，材料帶隙可達(dá)1.8ev，器件開關(guān)比大于10⁸，器件亞閾值擺幅為70mvdec^-1，很好地補(bǔ)充了二維材料在數(shù)字邏輯電路方面的應(yīng)用。

但是，由于二維材料的比表面積較大，極易與光刻膠等有機(jī)物發(fā)生吸附，并且很難將表面吸附的有機(jī)物去除。二維材料器件受到光刻膠沾污的影響，會(huì)大大降低遷移率，增加接觸電阻，性能發(fā)生嚴(yán)重退化。

因此，亟需提供能夠避免二維材料器件制備過程中光刻膠沾污的二維材料器件制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供的避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法，能夠針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，有效防止在器件制備過程中的二維材料表面光刻膠的沾污，減小器件的接觸電阻，提高器件的遷移率。

第一方面，本發(fā)明提供一種避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法，包括：

步驟一、提供襯底，在襯底上制備二維材料層；

步驟二、在所述二維材料層上沉積柵介質(zhì)層；

步驟三、對(duì)所述柵介質(zhì)層和所述二維材料層進(jìn)行有源區(qū)圖形化刻蝕；

步驟四、對(duì)源漏接觸區(qū)的柵介質(zhì)層進(jìn)行腐蝕，并沉積源漏電極金屬；

步驟五、在溝道區(qū)的所述柵介質(zhì)層上沉積柵電極金屬。

可選地，上述步驟一中二維材料層通過機(jī)械剝離或化學(xué)氣相沉積進(jìn)行制備。

可選地，上述柵介質(zhì)層為氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿或氧化釔。

可選地，上述步驟二通過原子層沉積技術(shù)沉積金屬氧化物層或者沉積活潑金屬隨后進(jìn)行氧化處理形成所述柵介質(zhì)層。

可選地，上述步驟二通過在原子層沉積腔體中使用o3和/或h2o以及三甲基鋁作為源形成氧化鋁柵介質(zhì)層。

可選地，上述步驟二通過在原子層沉積腔體中使用h2o以及hf(nme2)4作為源形成氧化鉿柵介質(zhì)層。

可選地，上述步驟二通過電子束蒸發(fā)al或y并氧化處理形成氧化鋁或氧化釔柵介質(zhì)層。

可選地，上述步驟二的所述氧化處理包括加熱氧化、氧等離子體氧化、氧紫外線氧化和/或臭氧源氧化。

可選地，上述步驟三通過光刻膠進(jìn)行有源區(qū)圖形化并進(jìn)行對(duì)所述柵介質(zhì)層和所述二維材料層進(jìn)行刻蝕。

可選地，上述光刻膠包括正膠9912、翻轉(zhuǎn)膠az5214、電子束膠pmma、mma、uviii或zep膠。

可選地，上述刻蝕包括使用h2so4，h3po4，hcl或hno3與h2o混合形成的稀釋液，或者使用az顯影液或cd26對(duì)所述柵介質(zhì)進(jìn)行刻蝕。

可選地，上述刻蝕包括使用rie，icp或matrix產(chǎn)生的等離子體器件對(duì)所述二維材料層進(jìn)行刻蝕。

可選地，通過光刻剝離工藝沉積上述源漏電極金屬和/或上述柵電極金屬。

可選地，上述源漏電極金屬及所述柵電極金屬的材料為ti、au、cr、pd或pt。

本發(fā)明提供的避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法，能夠避免二維材料在后續(xù)器件制備工藝過程中受到光刻膠的沾污，具有良好的可操作性，有助于提高器件的遷移率，降低器件的接觸電阻。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的頂柵二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a-2e為本發(fā)明一實(shí)施例的二維材料器件制造步驟中的頂柵二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明一實(shí)施例的避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明提供一種避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法。圖1示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的頂柵二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖所示，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的頂柵二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管包括半導(dǎo)體襯底100、絕緣層110、二維材料導(dǎo)電層120、柵介質(zhì)層130、源漏電極金屬140以及柵金屬150。其中，絕緣層110設(shè)置于半導(dǎo)體襯底100上，二維材料導(dǎo)電層120設(shè)置于絕緣體110上，柵介質(zhì)130沉積于二維材料導(dǎo)電層120上，源漏電極金屬140選擇性沉積在接觸區(qū)，柵金屬150選擇性沉積在溝道區(qū)的介質(zhì)層130上。

圖2a-2e示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提供的二維材料器件制造步驟中的頂柵二維材料場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖。

如圖2a所示，在襯底100上制備單層二維材料。特別的，襯底100包括但不限于si、sic、sio2、al2o3、gaas、aln、zno等材料的半絕緣或絕緣襯底，襯底厚度為300-800nm，采用微機(jī)械剝離或者化學(xué)氣相沉積(cvd)生長(zhǎng)的方法在襯底100上制備單層二維材料。典型地，在本發(fā)明的實(shí)施例中，襯底材料為sio2，襯底厚度為300nm，單層二維材料為單層石墨烯材料。

如圖2b所示，在所述器件的二維材料層上生長(zhǎng)柵介質(zhì)層130。具體的，生長(zhǎng)柵介質(zhì)層130的方法包括但不限于ald(atomiclayerdeposition，原子層沉積)、電子束蒸發(fā)活潑金屬并氧化形成柵介質(zhì)等方法。具體的，柵介質(zhì)層的材料包括但不限于氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿等金屬氧化物。具體的，柵介質(zhì)層的厚度為10-50nm。

典型地，在本發(fā)明一實(shí)施例中，將圖2a中所制備的器件轉(zhuǎn)移至ald腔體內(nèi)，用o3和三甲基鋁為源在0℃溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)30個(gè)周期的氧化鋁做種子層，再用h2o和三甲基鋁為源或o3和三甲基鋁為源在200℃生長(zhǎng)150個(gè)周期的氧化鋁，從而形成氧化鋁柵介質(zhì)層。

典型地，在本發(fā)明另一實(shí)施例中，將圖2a中所制備的器件轉(zhuǎn)移至ald腔體內(nèi)，用o3和三甲基鋁為源在25℃～60℃溫度范圍內(nèi)生長(zhǎng)3～20個(gè)周期的氧化鋁做為種子層，再用h2o和三甲基鋁為源或o3和三甲基鋁為源在100℃～250℃生長(zhǎng)75～250個(gè)周期的氧化鋁，從而形成氧化鋁柵介質(zhì)層。

典型地，在本發(fā)明的又一實(shí)施例中，將圖2a中所制備的器件轉(zhuǎn)移至ald腔體內(nèi)，在100℃～250℃范圍內(nèi)用h2o和hf(nme2)4作為源沉積75～250個(gè)周期的氧化鉿，從而形成氧化鉿柵介質(zhì)層。

典型地，在本發(fā)明的再一實(shí)施例中，使用電子束蒸發(fā)10-20nm的al或y，用115℃熱板加熱使之氧化；或者利用rie或matrix產(chǎn)生的氧等離子體氧化；或者利用氧紫外線的uv進(jìn)行氧化，或者利用ald腔體中的臭氧源進(jìn)行氧化；從而形成氧化鋁/氧化釔柵介質(zhì)層。

如圖2c所示，對(duì)所述二維材料層120和柵介質(zhì)層130進(jìn)行有源區(qū)圖形化刻蝕。具體的，使用光刻膠作為掩膜對(duì)二維材料層120和柵介質(zhì)層130進(jìn)行有源區(qū)圖形化刻蝕，光刻膠包括但不限于正膠9912、翻轉(zhuǎn)膠az5214、電子束膠pmma、mma、uviii和zep膠。具體的，可以對(duì)有源區(qū)進(jìn)行濕法刻蝕，包括但不限于使用h2so4，h3po4，hcl或hno3與h2o所混合形成的稀釋液對(duì)柵介質(zhì)層進(jìn)行刻蝕，以及使用az顯影液或cd26對(duì)柵介質(zhì)進(jìn)行刻蝕。特別的，對(duì)于正膠9912可以使用cd26作為顯影液，對(duì)于翻轉(zhuǎn)膠可以使用az顯影液，對(duì)于電子束膠使用鄰二甲苯或n50進(jìn)行顯影。

典型地，本發(fā)明一實(shí)施例使用9912光刻膠作為掩膜，稀釋h3po4溶液對(duì)氧化鋁介質(zhì)進(jìn)行有源區(qū)刻蝕，刻蝕速率為1nm每分鐘，其中稀釋的h3po4溶液為體積比h3po4：h2o＝1:3。

進(jìn)一步的，可以利用rie，icp或matrix產(chǎn)生的等離子體對(duì)二維材料導(dǎo)電薄膜進(jìn)行有源區(qū)刻蝕。

如圖2d所示，對(duì)源漏接觸區(qū)柵介質(zhì)層130進(jìn)行腐蝕，并且選擇性沉積源漏電極140。特別的，需要在沉積源漏金屬電極140之前將接觸區(qū)的柵介質(zhì)掩膜腐蝕干凈，并利用光刻剝離工藝在接觸區(qū)選擇性沉積源漏電極金屬140。具體的，在圖2c所示的器件上旋涂光刻膠形成圖形，勻膠轉(zhuǎn)速為：前轉(zhuǎn)3秒，轉(zhuǎn)速為400-600rpm，后轉(zhuǎn)60秒，轉(zhuǎn)速為1500-4000rpm，在100℃的熱板上加熱90秒；典型地，光刻膠可以使用az5214型光刻膠。隨后使用ma6光學(xué)光刻曝光機(jī)曝光4.6秒，光強(qiáng)設(shè)定為5；在115℃熱板上加熱90秒。用ma6光學(xué)光刻曝光機(jī)曝光60秒(光強(qiáng)5)。用az5214顯影液顯影60秒，di水漂洗，氮?dú)獯蹈伞Ｓ孟♂尩膆3po4溶液對(duì)顯影區(qū)域氧化鋁介質(zhì)進(jìn)行刻蝕，刻蝕速率為1nm每分鐘。典型的，稀釋的h3po4溶液為體積比h3po4：h2o＝1:3。

進(jìn)一步的，在源漏接觸區(qū)沉積源漏接觸電極140。優(yōu)選的，使用電子束蒸發(fā)源漏接觸電極金屬140，源漏接觸電極金屬140的材料包括但不限于ti、au、cr、pd、pt等金屬。典型地，沉積ti或au作為源漏接觸電極金屬140，當(dāng)沉積ti作為源漏接觸電極金屬140時(shí)，沉積厚度為15nm，當(dāng)沉積au作為源漏接觸電極金屬140時(shí)，沉積厚度為200nm。在60℃的熱丙酮溶液中浸泡10-30分鐘，剝離掉曝光圖形以外的金屬，到了源漏接觸電極140。

如圖2e所示，在溝道區(qū)柵介質(zhì)層130上沉積柵極金屬150。具體的，利用光刻剝離工藝在溝道區(qū)選擇性沉積柵極金屬150。柵極金屬150的材料包括但不限于ti、au、cr、pd、pt等金屬。典型地，使用電子束蒸發(fā)ti或au作為柵極金屬，當(dāng)使用ti作為柵極金屬150的材料時(shí)，電子束蒸發(fā)的柵極金屬厚度為20nm，當(dāng)使用au作為柵極金屬150的材料時(shí)，電子束蒸發(fā)的柵極金屬厚度為200nm。

圖3示出了本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法流程圖。如圖所示，s31表示提供襯底，在襯底上制備二維材料薄膜；s32表示在二維材料層上沉積柵介質(zhì)層；s33表示對(duì)柵介質(zhì)層和二維材料層進(jìn)行有源區(qū)刻蝕；s34表示圖形化接觸區(qū)，將接觸區(qū)下的柵介質(zhì)進(jìn)行腐蝕，沉積接觸金屬電極；s35表示在溝道區(qū)柵介質(zhì)層上選擇性沉積柵電極金屬。

本發(fā)明提供的避免光刻膠沾污的二維材料器件制造方法，采用柵介質(zhì)層金屬氧化物作為掩膜，在器件制備過程中，二維材料始終與柵介質(zhì)層接觸，避免了光刻膠對(duì)二維材料表面的沾污，具有良好的可操作性，與頂柵石墨烯場(chǎng)效應(yīng)晶體管制備工藝兼容，有助于提高器件的遷移率，降低器件的接觸電阻。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。