CN107134407A - 一种基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,其中包括:步骤一、提供基板,在基板上沉积二维材料层;步骤二、顺次旋涂第一PMGI光刻胶和第一正光刻胶,通过第一光刻步骤将用于生长源/漏电极的区域图形化,沉积源/漏电极;步骤三、顺次旋涂第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,通过第二光刻步骤将用于生长栅介质层和栅电极的区域图形化,生长栅介质层和栅电极。本发明能够利用双层光刻胶减少光刻胶残留,提高场效应管的本征频率。
Description
技术领域
本发明涉及微电子与固体电子技术领域,尤其涉及一种基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法。
背景技术
随着晶体管特征尺寸的缩小,由于短沟道效应等物理规律和制造成本的限制,主流硅基材料与CMOS技术正发展到10纳米工艺节点而很难继续提升。目前,以碳材料为基的纳米电子学得到了广泛的关注,尤其是随着石墨烯材料的发现,石墨烯具有超高电子迁移率以及电子饱和速度,并且具有二维平面结构,可以与传统硅工艺集成,因此被认为是可替代硅的下一代集成电路新材料。自石墨烯研制成功以来,基于二维材料的纳电子器件因为具有尺寸小、速度快、功耗低、工艺简单等特点,受到人们越来越广泛的关注。
但是,对于普通的二维材料场效应晶体管,由于二维材料上下表面发生的各种散射,造成二维材料的实际电子迁移率远低于其理论上所能达到的最大电子迁移率,限制了其在高频应用中的使用。此外,二维材料场效应晶体管在高频应用中的一个重要参数是本征频率fT,其与器件的接触电阻呈负相关关系,当器件的接触电阻降低时,本征频率增加。
在现有技术中,器件的接触电阻由源漏电极与二维材料的接触电阻和未被栅电极覆盖的沟道区域的接入电阻组成。其中为了减小接入电阻,需要减小载流子在二维材料中遭受的散射影响,从而增加二维材料场效应晶体管沟道区的迁移率。但是,在制作二维材料场效应晶体管的过程中所使用的光刻胶会一定程度地残留在二维材料表面上,从而加剧对载流子的散射。另外,在二维材料上残留的光刻胶,也将增加电极金属与二维材料的接触电阻。因此,亟需设计一种二维材料场效应管的制造方法,有效减少光刻胶在二维材料上的残留,减小场效应管的接触电阻。
发明内容
本发明提供的基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,能够针对现有技术不足,降低光刻胶的残留,降低场效应管的接触电阻。
第一方面,本发明提供一种基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,其中包括:
步骤一、提供基板,在所述基板上沉积二维材料层;
步骤二、顺次旋涂第一PMGI光刻胶和第一正光刻胶,通过第一光刻步骤将用于生长源/漏电极的区域图形化,沉积源/漏电极;
步骤三、顺次旋涂第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,通过第二光刻步骤将用于生长栅介质层和栅电极的区域图形化,生长所述栅介质层和栅电极。
可选地,上述步骤三不去除所述第二光刻步骤中剩余的所述第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,生长所述栅介质层和栅电极。
可选地,上述基板为半导体基板、绝缘体基板、聚合物基板、层叠基板中的任何种类或其组合。
可选地,上述基板由硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼、玻璃中的任意一种或其组合制成。
可选地,上述基板由硅制成时,所述基板上还覆盖有二氧化硅层。
可选地,上述二氧化硅层的厚度为50纳米至500纳米。
可选地,上述二维材料层包括为单个原子层或多个原子层,并且每个原子层中的二维材料为单晶。
可选地,上述源/漏电极之间的距离为50纳米至3000纳米。
可选地,上述栅介质层由氧化铝、二氧化铪、氮化硼、BCB、氧化钇、或其组合制成。
可选地,上述栅介质层的厚度为5纳米至30纳米。
本发明提供的基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,能够限定栅介质层的所在区域时使用PMGI光刻胶和正光刻胶代替负光刻胶,减少光刻胶残留,从而降低光刻胶残留对沟道区载流子迁移率和二维材料与金属接触电阻的不利影响,提高了场效应管的本征频率。
附图说明
图1a-1d为本发明一个实施例的二维材料场效应管制造步骤的结构示意图;
图2为本发明的一个实施例的二维材料场效应管的制造方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
图1a示出了基板110的结构示意图。特别的,基板110包括但不限于:半导体基板、绝缘体基板、聚合物基板、层叠基板中的任何种类或其组合。典型地,半导体基板材料包括例如硅、碳化硅、硅锗、锗、III-V化合物或II-VI化合物中的任何种类或其组合;绝缘体基板材料包括例如石英和/或蓝宝石;聚合物基板包括但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、层叠的基板包括但不限于SiO2/Si、HfO2/Si、Al2O3/Si或SOI(绝缘体上硅)。在本发明的实施例中,基板110为SiO2/Si基板,在Si上有一层SiO2。
图1b示出了在基板110上沉积有二维材料层120的结构示意图。优选地,二维材料层120具有10个或更少的原子层;更优选地,二维材料层120具有少于5个的原子层;最优选地,二维材料层120具有1个或者2个碳原子层。
图1c示出了在二维材料层120上沉积了源端电极131和漏端电极132的结构示意图。首先,按顺序旋涂PMGI光刻胶和正光刻胶。特别的,正光刻胶包括但不限于PMMA和DQN。PMGI光刻胶和正光刻胶形成的双光刻胶层可以代替负光刻胶,与二维材料直接接触的PMGI光刻胶的残留少于现有技术中使用的负光刻胶。接着将用于生长源/漏电极的区域曝光,在显影液中去除该区域中的光刻胶。接着在基板110上生长金属层,通过剥离的方式形成源/漏电极。如图所示,源端电极131和漏端电极132可以包括能够与二维材料形成低电阻接触的任何金属。
图1d示出了沉积了栅介质层140和栅电极150之后的完整器件。首先按顺序旋涂PMGI光刻胶和正光刻胶。特别的,正光刻胶包括但不限于PMMA和DQN。PMGI光刻胶和正光刻胶形成的双光刻胶层可以代替负光刻胶,与二维材料直接接触的PMGI光刻胶的残留少于现有技术中使用的负光刻胶。接着将用于生长栅结构的区域曝光,在显影液中去除该区域中的光刻胶。接着,在器件上按顺序沉积栅介质层140和栅电极150。接着,通过剥离的方式形成栅结构,从而形成完整的器件。
图2示出了本发明的一个实施例的二维材料场效应管的制造方法的流程图。如图所示,S21为提供基板,在所述基板上沉积二维材料层;S22为顺次旋涂第一PMGI光刻胶和第一正光刻胶,通过第一光刻步骤将用于生长源/漏电极的区域图形化,沉积源/漏电极;典型地,将生长源/漏电极的区域曝光,在显影液中去除该区域中的光刻胶,生长金属层并通过剥离的方式形成源/漏电极;S23为顺次旋涂第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,通过第二光刻步骤将用于生长栅介质层和栅电极的区域图形化,生长所述栅介质层和栅电极;典型地,将用于生长栅结构的区域曝光,在显影液中去除该区域中的光刻胶,在器件上按顺序沉积栅介质层和栅电极,通过剥离方式形成栅结构。
本发明提供的基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,能够限定栅介质层的所在区域时使用PMGI光刻胶和正光刻胶代替负光刻胶,减少光刻胶残留,从而降低光刻胶残留对沟道区载流子迁移率和二维材料与金属接触电阻的不利影响,提高了场效应管的本征频率。
以上所述,仅为本发明的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于双层光刻胶工艺的二维材料场效应管制造方法,其特征在于,包括:
步骤一、提供基板,在所述基板上沉积二维材料层;
步骤二、顺次旋涂第一PMGI光刻胶和第一正光刻胶,通过第一光刻步骤将用于生长源/漏电极的区域图形化,沉积源/漏电极;
步骤三、顺次旋涂第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,通过第二光刻步骤将用于生长栅介质层和栅电极的区域图形化,生长所述栅介质层和栅电极。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述步骤三不去除所述第二光刻步骤中剩余的所述第二PMGI光刻胶和第二正光刻胶,生长所述栅介质层和栅电极。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基板为半导体基板、绝缘体基板、聚合物基板、层叠基板中的任何种类或其组合。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基板由硅、氧化铝、碳化硅、氮化硼、玻璃中的任意一种或其组合制成。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述基板由硅制成时,所述基板上还覆盖有二氧化硅层。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于,所述二氧化硅层的厚度为50纳米至500纳米。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述二维材料层包括为单个原子层或多个原子层,每个原子层中的二维材料为单晶。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述源/漏电极之间的距离为50纳米至3000纳米。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述栅介质层由氧化铝、二氧化铪、氮化硼、BCB、氧化钇、或其组合制成。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述栅介质层的厚度为5纳米至30纳米。
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