CN108364863B - 形成金属-二维过渡族金属化合物材料良好欧姆接触的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体器件技术领域，具体为一种形成金属‑二维半导体材料良好欧姆接触的方法。本发明方法包括淀积金属前驱体、淀积金属粘附层、金属电极以及形成过渡族金属化合物薄膜；所涉及的金属‑二维材料良好欧姆接触包括衬底、位于衬底之上的二维材料、位于二维材料之上的金属电极材料，其中，所述金属电极材料包括粘附层以及电极材料。二维材料已有大量研究，但目前关于金属‑二维半导体材料的欧姆接触问题还没有很好的解决方法，本发明解决了金属‑二维半导体材料欧姆接触的问题，并且可以实现大面积可控层数二维半导体薄膜的制备，因此可在大规模集成电路中获得应用。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种金属-二维半导体材料欧姆接触的制备方法。
背景技术
自石墨烯被发现开始，二维材料开始走进人们的视线中，同时受到越来越多的关注，但由于石墨烯特殊的结构，无法被应用于半导体晶体管中，这时候类石墨烯结构的二维过渡族金属化合物（TMDCs）走进人们的眼中。
过渡族金属化合物不仅有较高的迁移率，而且当其薄膜厚度减到单层，仍然保持着优异的电学特性，是作半导体器件的良好材料。目前能得到的二维TMDCs，包括MoS2、MoSe2、MoTe2、WS2、以及WSe2等，主要有机械剥离以及化学气相沉积等方法，其中机械剥离方法只能够得到很小面积且层数不可控的薄膜；而化学气相沉积方法主要是用氧化物粉末和硫族元素粉末反应，比如MoS2，使用氧化钼粉末和硫粉反应，但所得到的单层MoS2主要为三角形，不仅无法得到大面积的单层MoS2，而且无法控制生长的MoS2层数。
基于二维材料的电学或光学器件性能因为很容易被金属和二维材料的接触所影响，而二维材料又因为不能使用体材料所常用的替位掺杂手段来减小接触电阻，因为会改变二维材料以及它的性质，所以二维材料的欧姆接触是一个亟待解决的问题。除此之外，因为二维材料的表面没有悬挂键，所以金属和二维材料之间很难去形成强的表面接触，因此会增加接触电阻。
目前二维过渡族金属化合物材料因为只能得到很小面积的薄膜，且金属-半导体接触不够理想，所以只能限于理论研究，而当二维过渡族金属材料能够大面积生长，并且能很好解决金属-二维半导体材料接触的问题时，应用于实际半导体的生产便指日可待。
发明内容
本发明的目的在于提供一种形成金属-二维半导体材料良好欧姆接触的方法，以解决目前金属-二维半导体材料接触不良的问题。
本发明提供的形成金属-二维半导体材料良好欧姆接触的方法，包括淀积金属前驱体、淀积金属粘附层、金属电极以及形成过渡族金属化合物薄膜，具体步骤如下：
（1）在衬底淀积一层一定厚度的金属前驱体；通常厚度在10纳米以内；
（2）在金属前驱体上淀积金属电极的粘附层以及金属电极；
（3）形成过渡族金属化合物薄膜。
本发明中，所述衬底可以为本领域常用耐高温衬底，如玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、硅衬底等。
步骤（1）中，所述金属前驱体为过渡族金属薄膜，具体材料可为钼Mo、钨W等。
步骤（1）中，所述过渡族金属薄膜，可采用物理气相沉积、电子束蒸发、磁控溅射等方法淀积。作为金属前驱体的过渡族金属薄膜可以大面积制备，并可以控制其厚度。
步骤（2）中，所述金属粘附层材料为Ti、Ni、Cr、Hf中的一种，或其中几种的组合。
步骤（2）中，所述金属电极材料为Ag、Au或Pt。
步骤（2）中，所述金属粘附层以及金属电极采用光刻或者硬掩膜的方法形成。包括：在金属前驱体层上做出电极所需图形的掩膜；通过物理气相沉积、电子束蒸发或者磁控溅射淀积金属电极。
优选为，所述掩膜可以使用光刻工艺，通过曝光、显影等手段将光刻胶曝光成所需的图形；或者使用硬掩膜手段，将含有电极图形的硬掩膜紧贴在前驱体层上。
优选为，所述淀积金属方法可以使用物理气相沉积、电子束蒸发或者磁控溅射。
步骤（3）中，由于金属前驱体可以大面积制备，并可控制厚度，所以可以通过控制金属前驱体的面积和厚度，得到面积大、且薄膜层数可控的过渡族金属化合物薄膜。
所述过渡族金属化合物薄膜采用化学气相沉积方法生成。
发明效果
根据本发明，可以在制得大面积可控层数的二维过渡族金属化合物薄膜的同时，解决金属-二维半导体薄膜欧姆接触的问题。形成良好的金属-二维半导体材料欧姆接触，突破了目前金属-二维半导体材料不能很好的解决欧姆接触的局面，有望大规模集成电路中获得应用。此外，采用淀积一定厚度前驱体的方法，并且所得到的前驱体具有薄膜均匀性好，沉积厚度精确可控等优点，化学气相沉积反应后，最终能得到大面积并可控层数的二维过渡族金属化合物半导体薄膜。
附图说明
图1是形成金属前驱体后的示意图。
图2是形成电极图形掩膜后的示意图。
图3是淀积金属电极后的示意图。
图4是进行化学气相沉积的示意图。
图5是形成过渡族金属化合物后的示意图。
图6是制备过渡族金属化合物的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的材料或具有相同或类似功能的方法。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的材料和方法进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用于性和/或其他材料的使用。
以下，根据所附附图针对本发明所涉及的过渡族金属化合物薄膜的制备方式的一例进行说明。
根据本发明的一个实施例，提供了一种形成金属-二维过渡族金属化合物薄膜欧姆接触的方法。在图1中示出了前驱体薄膜的结构101，包括衬底1001、位于衬底之上的前驱体层1002；在图2中，示出了前驱体层之上带有电极图形的掩膜的结构，包括衬底1001、位于衬底之上的前驱体层1002以及位于前驱体层之上的掩膜1003；在图3中示出了，在带有掩膜的前驱体层之上淀积金属电极后，出去掩膜的结构102，包括衬底1001、位于衬底之上的前驱体层1002以及位于前驱体层之上的电极1004；在图4中，示出了化学气相沉积过程中，反应物放置的位置，以及所通气体示意图；在图5中示出了化学气相沉积反应结束后过渡族金属化合物薄膜的结构104，包括衬底1001、位于衬底之上的二维过渡族金属化合物薄膜1005以及之上的电极1004。
以下按照图6中所示的制造过渡族金属化合物薄膜的各步骤，结合图1至5，针对具体的一例进行说明。
首先，在步骤S11中，在衬底上形成前驱体薄膜。衬底可以为本领域可承受高温的常用衬底，如玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底、或者硅衬底等。作为具体的一例，如图1所示，本实施例中选用蓝宝石作为衬底1001，在蓝宝石衬底1001上形成一定厚度的前驱体。前驱体可以为过渡族金属薄膜，如钼、钨等。优选为，前驱体为金属钼薄膜。在衬底形成前驱体的方法，包括使用物理气相沉积、电子束蒸发、或者磁控溅射等沉积一层可控厚度的过渡族金属薄膜。优选为，由电子束蒸发沉积一层可控厚度的过渡族金属薄膜。
作为具体的一例，如图1所示，本实施例中选用蓝宝石作为衬底1001，在蓝宝石衬底1001上采用电子束蒸发法形成金属钼薄层作为前驱体1002。厚度优选为0.2nm。但是，本发明不限定于此，也可以采用溅射、蒸发等多种方法形成金属薄层。由于前驱体可以大面积均匀的淀积，而且可以控制层数，这样经过化学气相沉积反应后也可以形成大面积并可控层数的过渡族金属化合物，突破了目前二维半导体材料无法大面积制备的限制，有望在工业半导体器件中获得应用。
在步骤S12中，在前驱体层1002之上形成带有电极图案的掩膜1003。掩膜可以使用光刻工艺，在光刻胶上曝光出电极图案，再通过显影，得到含有电极图案的掩膜1003；也可以使用含有电极图案的硬掩膜，将硬掩膜紧贴在前驱体层1002之上。
接下来，在步骤S13中，淀积一层金属，形成金属电极1004。金属电极可以为金Au，银Ag或铂金Pt等，本实例中选用金作为电极1004。在前驱体层形成金属电极的方法，包括使用物理气相沉积、电子束蒸发、或者磁控溅射等沉积一层金属薄膜。优选为，由电子束蒸发沉积一层金的薄膜。除去掉掩膜后，剩下的便是所需图形的电极。
在步骤S14中，形成二硫化钼薄膜1005的反应装置为图4所示。本实施例中采用化学气相淀积方法生长二硫化钼薄层1005。在温度为750℃的化学气相沉积管道内，表面沉积0.2nm厚的金属钼薄膜的蓝宝石衬底102，和纯净的硫粉103反应，得到大面积单层的二硫化钼薄膜1005。本实施例中采用电子束蒸发工艺生长金属薄膜层以及金属电极，电子束蒸发工艺具有薄膜均匀性好、沉积厚度精确可控等优点，因此能够准确控制薄膜的厚度，因此能精确控制过渡族金属化合物薄膜的层数。但是，本发明不限定于此，也可以采用物理气相沉积、或者磁控溅射等方法沉积一层金属薄膜。
根据本发明可解决金属-二维半导体薄膜欧姆接触的问题，并可制备大面积并可控层数的二维过渡族金属化合物薄膜，从而可能实现二维过渡族金属化合物薄膜在大规模集成电路中的使用。
以上，针对本发明解决金属-二维过渡族金属化合物薄膜欧姆接触的方法进行了详细地说明，但本发明不限于以上的例子，在不脱离本发明的要旨的范围中，当然也可以进行各种的改良、变形。
Claims (7)
1.一种形成金属-二维过渡族金属半导体材料良好欧姆接触的方法，包括淀积金属前驱体、淀积金属粘附层、金属电极以及形成过渡族金属化合物薄膜，其特征在于，具体步骤如下：
（1）在衬底上淀积一层金属前驱体薄膜；
（2）在金属前驱体薄膜上淀积金属电极的粘附层以及金属电极；
（3）进一步在金属前驱体薄膜上进行硫化，形成二维过渡族金属化合物薄膜；
其中，所述金属前驱体为过渡族金属，包括钼或钨；所述金属电极的粘附层材料为Ti、Ni、Cr、Hf中的一种，或其中几种的组合；所述金属电极材料为Ag、Au或Pt。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述过渡族金属化合物薄膜，采用物理气相沉积、电子束蒸发或磁控溅射方法淀积。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述金属粘附层以及金属电极采用光刻或者硬掩膜的方法形成，包括：在金属前驱体上做出电极所需图形的掩膜；通过物理气相沉积、电子束蒸发或者磁控溅射淀积金属电极。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述掩膜是使用光刻工艺，通过曝光、显影手段将光刻胶曝光成所需的图形；或者使用硬掩膜手段，将含有电极图形的硬掩膜紧贴在前驱体层上。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，由于金属前驱体可以大面积制备，并可控制厚度，步骤（3）中，可以通过控制金属前驱体薄膜的面积和厚度，得到面积大、且薄膜层数可控的过渡族金属化合物薄膜。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述过渡族金属化合物薄膜采用化学气相沉积方法生成。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底为耐高温的玻璃衬底、蓝宝石衬底、石英衬底或硅衬底。
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| GR01 | Patent grant | ||
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