二維電子材料裝置及其混合光刻方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種二維電子材料裝置及其混合光刻方法，方法包括：在襯底上形成至少一層引線金屬層并對至少一層引線金屬層進行光學光刻，以形成至少一層引線圖形，最上層包括多個上層引線，柵、源、漏電極圖形分別與一個上層引線相連；形成電極金屬層；對電極金屬層進行光學光刻，以形成晶體管區域；對電極金屬層進行電子束光刻，以形成柵、源、漏電極圖形；形成柵介質層；對柵介質層進行光學光刻形成柵介質層圖形；形成二維電子材料層圖形；以及形成歐姆接觸層圖形。本發明專利技術可消除或減小二維電子材料的本征特性的破壞，在保證工藝成本的前提下可以大大提升小尺寸器件的光刻精度，提高器件性能，同時在保證加工精度的情況下可以節省加工時間。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及半導體領域，尤其涉及一種。
技術介紹
由碳原子構成的單層片狀結構的二維電子材料，例如石墨烯，因其超高的本征載流子遷移率、超高的強場漂移速度和極高的電流承載能力，因此可用來制備具有更小尺寸和更快導電速度的新一代半導體器件。現有的二維電子材料裝置，包括基板，基板上形成有二維電子材料、二維電子材料作為半導體器件的溝道材料，其上依次形成有源/漏電極、柵介質(柵氧化層)和柵電極。 上述器件中，首先將二維電子材料直接鋪設在基板上，在制備工藝過程中，還要在 其上形成柵介質、柵源漏電極等，這些工藝會造成二維電子材料的本征特性遭到破壞，例如，可能使二維電子材料的遷移率退化，二維電子材料本征特性的破壞進而會影響整個器件的性能。而且，隨著二維電子材料的引入，半導體器件可以達到更小的尺寸級，在形成例如柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形時，需要達到更細的加工精度。，目前，如何減少或消除去二維電子材料的破壞、保證器件性能優越，同時保證加工精度是本領域亟需解決的問題。
技術實現思路
在下文中給出關于本專利技術的簡要概述，以便提供關于本專利技術的某些方面的基本理解。應當理解，這個概述并不是關于本專利技術的窮舉性概述。它并不是意圖確定本專利技術的關鍵或重要部分，也不是意圖限定本專利技術的范圍。其目的僅僅是以簡化的形式給出某些概念，以此作為稍后論述的更詳細描述的前序。本專利技術的一個主要目的在于提供一種能夠減少或消除對二維電子材料裝置造成破壞且光刻精度較高的。為實現上述目的，本專利技術提供了一種二維電子材料裝置的混合光刻方法，包括在襯底上形成至少一層引線金屬層并對所述至少一層引線金屬層進行光學光刻，以形成至少一層引線圖形，其中最上層的引線圖形包括多個上層引線；形成電極金屬層；對所述電極金屬層進行光學光刻，以形成至少一個器件區域，所述至少一個器件區域包括晶體管區域；對所述電極金屬層進行電子束光刻，以在所述晶體管區域形成柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形，所述柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形分別與所述引線圖形中的一個上層引線相連；形成柵介質層；對所述柵介質層進行光學光刻，以形成柵介質層圖形；形成二維電子材料層圖形，所述二維電子材料層圖形包括位于所述柵介質層圖形、源電極圖形和漏電極圖形上的部分；以及在二維電子材料層圖形中與源電極圖形和漏電極圖形對應的部位上形成歐姆接觸層圖形。為實現上述目的，本專利技術還提供一種二維電子材料裝置，包括襯底；所述襯底上形成有至少一層引線圖形，其中最上層的引線圖形包括多個上層引線.形成所述至少一層引線圖形的結構表面形成有柵電極圖形、源電極圖形和漏電極 圖形，所述柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形分別與一個上層引線相連；所述柵電極圖形上形成有柵介質層圖形；所述柵介質層圖形、源電極圖形和漏電極圖形上形成有二維電子材料層圖形；所述二維電子材料層圖形中與所述源電極圖形和漏電極圖形對應的部位上形成有歐姆接觸層圖形。本專利技術的在工藝后程形成二維電子材料層圖形，避免了在二維電子材料裝置上形成柵介質層然后形成電極圖形，后形成二維電子材料工藝簡單，所需光刻次數減少，且有效地保證了二維電子材料的本征特性不受破壞；由于在二維材料上生成柵介質比較復雜，本專利技術在柵電極上形成柵介質，工藝簡單，且能夠獲得較薄的柵介質等效氧化層厚度；二維電子材料的一面為源漏歐姆接觸圖形，另一面為電極金屬，經實驗，這種兩面夾的結構可以優化接觸電阻；因此，本專利技術增強了半導體器件的性能，而且本專利技術部分采用光學光刻進行大面積的光刻，部分采用電子束光刻獲得較高的光刻精度，在保證工藝成本的前提下可以大大提升微機電系統中小尺寸器件的光刻精度，使得半導體器件的性能有所提升，并且，通過光學光刻進行大面積即粗線條光刻，只在精度要求較高的區域進行電子束光刻，例如采用電子束光刻在晶體管區域形成柵、源、漏電極圖形，在保證加工精度的情況下可以節省加工時間。附圖說明參照下面結合附圖對本專利技術實施例的說明，會更加容易地理解本專利技術的以上和其它目的、特點和優點。附圖中的部件只是為了示出本專利技術的原理。在附圖中，相同的或類似的技術特征或部件將采用相同或類似的附圖標記來表示。圖I為本專利技術二維電子材料裝置混合光刻方法的一種實施例的流程圖。圖2圖I中的步驟SI的流程圖。圖3為本專利技術二維電子材料裝置混合光刻方法的另一種實施例的流程圖。圖4為圖I中的步驟S2的流程圖. 圖5為圖I中的步驟S7的流程圖。圖6為圖I中的步驟S8的流程圖。圖7A-圖7S為本專利技術制備二維電子材料裝置時的工藝結構示意圖。具體實施方式下面參照附圖來說明本專利技術的實施例。在本專利技術的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特征可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中示出的元素和特征相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本專利技術無關的、本領域普通技術人員已知的部件和處理的表示和描述。參考圖1，本專利技術提供了一種二維電子材料裝置的混合光刻方法，其一種實施例包括以下步驟步驟SI :在襯底上形成至少一層引線金屬層并對至少一層引線金屬層進行光學光刻，以形成至少一層引線圖形，其中最上層的引線圖形包括多個上層引線；步驟S2 :形成電極金屬層；步驟S3 :對電極金屬層進行光學光刻，以形成至少一個器件區域，至少一個器件 區域包括晶體管區域；步驟S4 :對電極金屬層進行電子束光刻，以在晶體管區域形成柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形，柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形分別與所述引線圖形中的一個上層引線相連；步驟S5 :形成柵介質層；步驟S6 :對柵介質層進行光學光刻，以形成柵介質層圖形；步驟S7 :形成二維電子材料層圖形，二維電子材料層圖形包括位于柵介質層圖形、源電極圖形和漏電極圖形上的部分；以及步驟S8，在二維電子材料層圖形中對應源電極圖形和漏電極圖形的部位上形成歐姆接觸層圖形。參考圖2，通過執行上述步驟可在襯底上形成至少一層引線圖形，本實施例中以兩層引線圖形為例進行說明，具體地，步驟SI可包括以下步驟S11-S16:步驟Sll :在襯底上形成第一引線金屬層。例如，可在襯底20上濺射一層鋁作為第一引線金屬層22，形成如圖7A所示的結構。襯底20可包括基底層20a以及在基底層20a上形成的氧化薄膜20b，基底層20a的材料可為硅，氧化薄膜20b的材料可為二氧化硅，氧化薄膜20b可通過對基底層20a表面進行熱氧化形成。本實施例中，基底層20a的厚度可為例如400微米，氧化薄膜20b的厚度可為例如O. 7-1微米。第一引線金屬層22上可具有一層抗反射層(圖中未示出)，該抗反射層的材料可為例如氮化鈦。步驟S12 :對第一引線金屬層進行光學光刻以形成多個下層引線。例如，通過步進式光刻對引線金屬層22進行大面積光刻，并對經光刻后的引線金屬層22進行刻蝕以形成多個下層引線，包括如圖7B所示的下層引線22a、22b。步驟S13 :形成層間介質層。本步驟可通過例如等離子體增強化學氣相沉積法沉積一層二氧化硅作為層間介質層，如圖7C所示，可在形成了多個下層引線的的結構表面沉積一層二氧化娃形成層間介質層24,層間介質層24的厚度可為例如(O. 5±0. I)微米。步驟S14 :對層間介質層進行光學光刻以形成層間通孔。本步驟中，可通過例如步進式光刻對層間介質層24進行大面積光刻，并對經光刻的層間本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，包括：在襯底上形成至少一層引線金屬層并對所述至少一層引線金屬層進行光學光刻，以形成至少一層引線圖形，其中最上層的引線圖形包括多個上層引線；形成電極金屬層；對所述電極金屬層進行光學光刻，以形成至少一個器件區域，所述至少一個器件區域包括晶體管區域；對所述電極金屬層進行電子束光刻，以在所述晶體管區域形成柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形，所述柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形分別與所述引線圖形中的一個上層引線相連；形成柵介質層；對所述柵介質層進行光學光刻，以形成柵介質層圖形；形成二維電子材料層圖形，所述二維電子材料層圖形包括位于所述柵介質層圖形、源電極圖形和漏電極圖形上的部分；以及在二維電子材料層圖形中與源電極圖形和漏電極圖形對應的部位上形成歐姆接觸層圖形。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳華強，肖柯，呂宏鳴，錢鶴，伍曉明，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：