一種薄膜平面化的半導(dǎo)體工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件的制備領(lǐng)域，具體涉及一種薄膜平面化的半導(dǎo)體工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體器件的加工工藝主要分為平面工藝和體工藝，體工藝要求器件的尺寸足夠大，且不利于精確控制加工尺寸，尤其在涉及到薄膜技術(shù)時(shí)，由于器件上的不同高度形成的臺(tái)階，會(huì)使薄膜跟臺(tái)階接觸的斷面下方有部分薄膜懸空，極易導(dǎo)致薄膜的斷裂或破損，嚴(yán)重影響了器件的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性。
[0003]石墨烯是一種具有零帶隙、高迀移率、低電阻率和高透光性的新型碳材料，厚度只有0.34nm。利用其能帶結(jié)構(gòu)和相關(guān)性質(zhì)，可以制成很多半導(dǎo)體領(lǐng)域的器件，而在器件的結(jié)構(gòu)中，為了保證石墨烯薄膜和器件的完整接觸，即保證石墨烯不會(huì)由于器件結(jié)構(gòu)的高度差過(guò)大而斷裂，需要使高度差降到最低。但如果減薄材料的沉積厚度，又會(huì)使后續(xù)一些工藝的穩(wěn)定性受到影響，比如減少絕緣層的厚度會(huì)導(dǎo)致漏電現(xiàn)象，降低金屬的厚度會(huì)使金屬與襯底粘合性變差。
[0004]傳統(tǒng)的石墨烯半導(dǎo)體器件的制作方法是先轉(zhuǎn)移石墨烯到目標(biāo)襯底上，然后對(duì)帶有石墨烯的襯底進(jìn)行電子束光刻和蒸發(fā)沉積金屬。蒸發(fā)形成的金屬雖然沉積速率高，然而不能沉積金屬合金，同時(shí)蒸發(fā)出來(lái)的原子或分子的量較大且速度不穩(wěn)定，這些都會(huì)導(dǎo)致金屬與襯底的附著性變差，且整個(gè)過(guò)程容易對(duì)石墨烯的薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞。因此可以先用濺射的方法來(lái)制作金屬結(jié)構(gòu)，再將石墨烯轉(zhuǎn)移到帶有金屬結(jié)構(gòu)的襯底上，但此時(shí)如果濺射的金屬過(guò)厚，與石墨烯的薄膜厚度相比懸殊過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致石墨烯與金屬無(wú)法完整接觸，甚至在接觸邊緣斷裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]器件結(jié)構(gòu)上的高度差會(huì)導(dǎo)致石墨烯薄膜的破損或斷裂，但一味地降低沉積材料的厚度又會(huì)給后續(xù)工藝帶來(lái)諸多不利影響；先轉(zhuǎn)移石墨烯，再用蒸發(fā)金屬的方法制作結(jié)構(gòu)，雖然沉積速率高，但不能沉積金屬合金，且蒸發(fā)速度不穩(wěn)定，會(huì)導(dǎo)致金屬與襯底的附著性變差，整個(gè)過(guò)程也容易對(duì)石墨烯的薄膜結(jié)構(gòu)產(chǎn)生損壞；如若改用另一種方法，即先濺射金屬結(jié)構(gòu)，再將石墨烯轉(zhuǎn)移到帶有金屬結(jié)構(gòu)的襯底上，這種方法也需要保證金屬與石墨烯的薄膜厚度差不能相差太大，否則仍然會(huì)導(dǎo)致石墨烯與金屬無(wú)法完整接觸。
[0006]鑒于以上存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種平面化薄膜工藝的方法，將光刻與濺射工藝相結(jié)合，并利用感應(yīng)親合等離子體刻蝕(Inductively Coupled Plasma, ICP)技術(shù)，來(lái)保證石墨烯薄膜和金屬結(jié)構(gòu)的完整接觸。在提高了金屬和襯底的粘附性的同時(shí)，又不損壞石墨烯的薄膜結(jié)構(gòu)，大大提高半導(dǎo)體器件的可靠性。
[0007]具體工藝步驟如下:
[0008]SI將帶有絕緣介質(zhì)層的硅片洗凈后，準(zhǔn)備光刻，此時(shí)絕緣介質(zhì)層(2)在硅襯底(I)上，如圖1-1、1-2所不；
[0009]S2光刻，光刻膠(3)在絕緣介質(zhì)層(2)上，產(chǎn)生如圖1-3結(jié)構(gòu)的圖形；
[0010]S3用光刻膠(3)作掩膜，ICP刻蝕，刻蝕凹槽，刻蝕后的結(jié)構(gòu)如圖1-4所示；
[0011]S4選擇好刻蝕參數(shù)，在刻蝕完成后去膠，并用臺(tái)階儀測(cè)量所刻蝕凹槽的深度；
[0012]S5濺射金屬，濺射的厚度為上一步測(cè)出的對(duì)應(yīng)深度，則此時(shí)濺射的金屬材料(4)剛好能填平步驟3所刻蝕的凹槽，如圖1-5所示；
[0013]S6用有機(jī)溶液剝離掉多余的金屬，這樣就形成了圖1-5所示的平面結(jié)構(gòu)。
[0014]在涉及到的薄膜為石墨稀薄膜時(shí)，絕緣介質(zhì)層(2)為300nm厚度的二氧化娃。
[0015]使用的光刻膠(3)為負(fù)膠，未被光刻膠(3)覆蓋處是需要刻蝕出凹槽的部分。
[0016]所述刻蝕方法為干法刻蝕。
[0017]所用的有機(jī)溶液需確保溶解掉前面步驟中的光刻膠(3)。
[0018]經(jīng)過(guò)上述的刻槽、填充步驟后，濺射的金屬厚度與襯底基本保持在同一水平高度上，這樣就可以使后面需要進(jìn)行多個(gè)工藝步驟的薄膜在與臺(tái)階接觸時(shí)，不會(huì)由于兩者的高度差過(guò)大，而導(dǎo)致薄膜折斷的問(wèn)題產(chǎn)生。本發(fā)明的關(guān)鍵就是保證所刻蝕材料的凹槽深度與隨后濺射的金屬厚度相同。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1-1為帶有絕緣層的硅襯底；
[0020]圖1-2為甩膠，準(zhǔn)備光刻圖形；
[0021]圖1-3為光刻出想要的圖形；
[0022]圖1-4為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕；
[0023]圖1-5為濺射金屬，厚度應(yīng)與ICP刻蝕的厚度一致；
[0024]圖1-6為剝離去掉多余部分金屬；
[0025]圖2-1為帶有二氧化硅的硅襯底；
[0026]圖2-2為甩膠，準(zhǔn)備光刻圖形；
[0027]圖2-3為光刻出柵電極圖形；
[0028]圖2-4為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕柵凹槽；
[0029]圖2-5為濺射與上一步刻蝕深度相同的金屬合金Ti/Au厚度，作為柵電極；
[0030]圖2-6為剝離去掉多余的金屬部分后，只留下了需要的柵電極圖形；
[0031 ]圖2-7為生長(zhǎng)300nm 二氧化硅；
[0032]圖2-8為甩膠準(zhǔn)備光刻源、漏電極；
[0033]圖2-9為光刻完成后的源、漏電極圖形；
[0034]圖2-10為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕柵源、漏電極的凹槽；
[0035]圖2-11為濺射與上一步刻蝕深度相同的金屬合金Ti/Au厚度，作為源、漏電極；
[0036]圖2-12為剝離完成后形成了所需要的源、漏電極結(jié)構(gòu)；
[0037]圖2-13為轉(zhuǎn)移石墨烯薄膜；
[0038]圖2-14為光刻完成后只留下需要的石墨烯圖形；
[0039]圖3-1為帶有300nm 二氧化硅的硅片；
[0040]圖3-2為甩膠后準(zhǔn)備光刻；
[0041]圖3-3為光刻出的柵電極圖形；
[0042]圖3-4為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕出來(lái)的柵電極凹槽；
[0043]圖3-5為濺射與上一步刻蝕深度相同的金屬合金Ti/Au的厚度作為柵電極；
[0044]圖3-6為剝離去掉多余的金屬部分后，只留下了需要的柵電極圖形；
[0045]圖3-7為生長(zhǎng)30nm的二氧化硅；
[0046]圖3-8為甩膠，準(zhǔn)備光刻源、漏電極圖形；
[0047]圖3-9為光刻產(chǎn)生的源、漏電極圖形；
[0048]圖3-10為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕出來(lái)的源、漏電極的凹槽；
[0049]圖3-11為濺射與上一步刻蝕深度相同的金屬合金Ti/Au的厚度，作為源、漏電極；
[0050]圖3-12為剝離完成后，只剩下了需要的源、漏電極結(jié)構(gòu)；
[0051]圖3-13為轉(zhuǎn)移石墨烯；
[0052]圖3-14為光刻完成后，只留下了所需要的石墨烯圖形；
[0053]圖4-1為帶有300nm 二氧化硅的硅片；
[0054]圖4-2為甩膠后準(zhǔn)備光刻；
[0055]圖4-3為光刻出電極圖形；
[0056]圖4-4為以光刻膠作掩膜，ICP刻蝕出電極的凹槽；
[0057]圖4-5為濺射與上一步刻蝕深度相同的金屬合金Ti/Au的厚度；
[0058]圖4-6為完成后，留下了需要的電極結(jié)構(gòu)；
[0059]圖4-7為轉(zhuǎn)移石墨烯；
[0060]圖4-8為光刻留下所需要的石墨烯圖形結(jié)構(gòu)；
[0061]圖中:1、硅襯底，2、絕緣介質(zhì)層，3、光刻膠，4、濺射的金屬材料，5、石墨烯。
【具體實(shí)施方式】
[0062]本發(fā)明的實(shí)施通過(guò)以下三個(gè)實(shí)施例給予說(shuō)明。
[0063]實(shí)施例1:應(yīng)用到石墨烯的光電探測(cè)器中
[0064]SI將帶有絕緣介質(zhì)層的硅片洗凈后，光刻形成柵電極的圖形，如圖2-1、2-2、2_3所示；
[0065]S2用器件上面的光刻膠作掩膜，ICP刻蝕50s，刻蝕后的結(jié)構(gòu)如圖2_4所示；
[0066]S3選擇好刻蝕參數(shù)，在刻蝕完成后去膠，并用臺(tái)階儀測(cè)量所刻蝕的深度，約為90nm ；
[0067]S4考慮到測(cè)量誤差，決定濺射金屬Ti/Au 15/70nm，此時(shí)金屬的厚度大致能填平步驟3所刻蝕的凹槽，如圖2-5所示；
[0068]S5剝離掉多余金屬部分，剝離完成后如圖2-6，圖2-6中的濺射的金屬材料(4)即為柵電極；
[0069]S6PECVD生長(zhǎng)300nm S12作為絕緣層，如圖2-7 ；
[0070]S7甩膠，如圖2-8，準(zhǔn)備光刻源、漏電極圖形；
[0071]S8光刻完成后的源、漏電極圖形，如圖2-9所示；
[0072]S9與刻蝕柵電極凹槽的步驟類似，仍然用光刻膠作掩膜，ICP刻蝕3min，刻蝕后的結(jié)構(gòu)如圖2-10所示；
[0073]SlO刻蝕完成后去膠，用臺(tái)階儀測(cè)量所刻蝕的深度約為300nm ；
[0074]SI I為了使濺射的Ti/Au能填滿凹槽，并考慮到誤差，決定實(shí)際濺射Ti/Au100/290nm，如圖 2-11 ；
[0075]S12剝離掉多余的金屬部分，只留下源、漏電極結(jié)構(gòu)，如圖2-12。這樣就完成了石墨烯光電探測(cè)器的器件結(jié)構(gòu)，將石墨烯轉(zhuǎn)移到器件上。
[0076]S13采用CVD方法在Cu片上生長(zhǎng)石墨烯，在石墨烯上