本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種石墨烯器件的光刻方法。
背景技術(shù):
石墨烯是一種全新的半導(dǎo)體材料。近20年來,碳納米材料一直是半導(dǎo)體科研領(lǐng)域的前沿,其中的石墨烯因?yàn)楠?dú)特的二維結(jié)構(gòu)而具備了很多獨(dú)特的性能。比如,石墨烯是世界上最薄的二維材料,其厚度只有0.35mm。石墨烯的強(qiáng)度是已知材料里最高的,達(dá)到130GPa,是鋼的100余倍。由于石墨烯二維結(jié)構(gòu)的獨(dú)特性能,其載流子遷移率達(dá)15000cm2·V-1·s-1,是硅材料的10倍。石墨烯導(dǎo)熱率達(dá)到5000W·m-1K-1,是金剛石的3倍,而且石墨烯可以采用常用的半導(dǎo)體加工技術(shù),因此工藝方面有比較大的兼容性。在具體加工方面,石墨烯可以采用貼片、外延、氧化和氣相沉積等方法進(jìn)行生長,然后引入官能團(tuán)進(jìn)行功能化,之后進(jìn)行常規(guī)的加工工藝。在石墨烯的半導(dǎo)體器件加工過程中,常常要在石墨烯表面利用光刻來制作金屬電極。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在如下技術(shù)問題:傳統(tǒng)光刻采用的光刻膠由于存在苯環(huán)結(jié)構(gòu),會(huì)在石墨烯表面留下有機(jī)殘留,這種有機(jī)殘留很難去除,導(dǎo)致了金屬電極和石墨烯之間電阻增大,降低了器件性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明提供的一種石墨烯器件的光刻方法,利用深紫外光刻,有效避免了傳統(tǒng)光刻中光刻膠對(duì)石墨烯的污染,提高了石墨烯器件制作工藝的可靠性和重復(fù)性。
本發(fā)明提供一種石墨烯器件的光刻方法,包括:
將石墨烯轉(zhuǎn)移置目標(biāo)襯底;
在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA;
對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻;
在所述石墨烯表面沉積金屬電極;
利用N甲基吡咯烷酮溶解所述石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA,以剝離所述金屬電極的多余部分;
用異丙醇溶液和去離子水對(duì)所述石墨烯進(jìn)行清洗。
可選地,所述石墨烯由化學(xué)氣相沉積外延法制得。
可選地,所述石墨烯制備的方法包括:
選擇銅箔作為生長石墨烯的基底,CH4和H2的混合氣體作為生長石墨烯的反應(yīng)氣體,在化學(xué)氣相沉積外延爐里生長石墨烯,
其中,所述銅箔的厚度為30μm至50μm、純度為99%,所述CH4和H2的純度為99.999%,所述外延爐的溫度為900℃至1000℃,外延爐內(nèi)的氣壓小于1Pa。
可選地,所述在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA包括:
在所述石墨烯表面旋涂1μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA后,采用180℃熱板對(duì)所述聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA進(jìn)行15分鐘的烘烤。
可選地,所述對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻包括:
利用HgXe燈作為深紫外光刻的光源對(duì)所述石墨烯進(jìn)行光刻,其中HgXe燈產(chǎn)生光波的范圍為180nm至400nm;
利用甲基異丁基酮和異丙醇混合液對(duì)所述石墨烯顯影,其中甲基異丁基酮和異丙醇的體積比為1:4,顯影時(shí)間為3分鐘。
本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨烯器件的光刻方法,將石墨烯轉(zhuǎn)移置目標(biāo)襯底;在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA;對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻;在所述石墨烯表面沉積金屬電極;利用N甲基吡咯烷酮溶解所述石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA,以剝離所述金屬電極的多余部分;用異丙醇溶液和去離子水對(duì)所述石墨烯進(jìn)行清洗。利用深紫外光刻,有效避免了傳統(tǒng)光刻中光刻膠對(duì)石墨烯的污染,提高了石墨烯器件制作工藝的可靠性和重復(fù)性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明一實(shí)施例石墨烯器件的光刻方法的流程圖;
圖2為本發(fā)明另一實(shí)施例制造石墨烯的場效應(yīng)管的方法流程圖;
圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例化學(xué)氣相沉積外延法制備石墨烯的示意圖;
圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例腐蝕粘附有熱釋放膠帶的Cu基石墨烯的示意圖;
圖5為本發(fā)明另一實(shí)施例壓制熱釋放膠帶和硅片的示意圖;
圖6為本發(fā)明另一實(shí)施例沉積柵介質(zhì)Al2O3的方法流程圖。
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。基于本發(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)明提供一種石墨烯器件的光刻方法,如圖1所示,所述方法包括:
S11、將石墨烯轉(zhuǎn)移置目標(biāo)襯底。
可選地,所述石墨烯由化學(xué)氣相沉積外延法制得。
可選地,所述石墨烯制備的方法包括:
選擇銅箔作為生長石墨烯的基底,CH4和H2的混合氣體作為生長石墨烯的反應(yīng)氣體,在化學(xué)氣相沉積外延爐里生長石墨烯,
其中,所述銅箔的厚度為30μm至50μm、純度為99%,所述CH4和H2的純度為99.999%,所述外延爐的溫度為900℃至1000℃,外延爐內(nèi)的氣壓小于1Pa。
S12、在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA。
可選地,所述在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA包括:
在所述石墨烯表面旋涂1μm厚的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA后,采用180℃熱板對(duì)所述聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA進(jìn)行15分鐘的烘烤。
S13、對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻。
可選地,所述對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻包括:
利用HgXe燈作為深紫外光刻的光源對(duì)所述石墨烯進(jìn)行光刻,其中HgXe燈產(chǎn)生光波的范圍為180nm至400nm;
利用甲基異丁基酮和異丙醇混合液對(duì)所述石墨烯顯影,其中甲基異丁基酮和異丙醇的體積比為1:4,顯影時(shí)間為3分鐘。
S14、在所述石墨烯表面沉積金屬電極。
S15、利用N甲基吡咯烷酮溶解所述石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA,以剝離所述金屬電極的多余部分。
S16、用異丙醇溶液和去離子水對(duì)所述石墨烯進(jìn)行清洗。
本發(fā)明實(shí)施例提供的石墨烯器件的光刻方法,將石墨烯轉(zhuǎn)移置目標(biāo)襯底;在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA;對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻;在所述石墨烯表面沉積金屬電極;利用N甲基吡咯烷酮溶解所述石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA,以剝離所述金屬電極的多余部分;用異丙醇溶液和去離子水對(duì)所述石墨烯進(jìn)行清洗。利用深紫外光刻,有效避免了傳統(tǒng)光刻中光刻膠對(duì)石墨烯的污染,提高了石墨烯器件制作工藝的可靠性和重復(fù)性。
本發(fā)明還提供一種按照此方法來制造石墨烯的場效應(yīng)管的方法,如圖2所示,所述方法包括:
S21、制備石墨烯。
具體地,本發(fā)明所述石墨烯的制備方法包括但不限于由化學(xué)氣相沉積外延法制得?;瘜W(xué)氣相沉積外延法制備石墨烯的示意圖如圖3所示。選擇銅箔作為生長石墨烯的基底,采用CH4和H2的混合氣體作為生長石墨烯的反應(yīng)氣體,在化學(xué)氣相沉積外延爐里生長石墨烯。通過加熱,使得化學(xué)氣相沉積外延爐內(nèi)的溫度達(dá)到900℃至1000℃,外延爐內(nèi)的氣壓小于1Pa。
S22、將所述石墨烯轉(zhuǎn)移置目標(biāo)襯底。
具體地,石墨烯的轉(zhuǎn)移方法有很多種,本發(fā)明僅提供其中一種石墨烯轉(zhuǎn)移的方法,包括:
S221、在Cu基底的石墨烯表面粘附熱釋放膠帶;
S222、將所述粘附有熱釋放膠帶的Cu基的石墨烯底侵入FeCl3溶液中,以腐蝕Cu基底,腐蝕過程的示意圖如圖4所示;
S223、將粘附有熱釋放膠帶石墨烯的撈出,用去離子水漂洗并用N2吹干;
S224、用熱釋放膠帶將所述石墨烯貼附在N型<100>硅片上;
S225、將所述硅片加熱到90℃;
S226、如圖5所示,在所述硅片上施加8kg壓力,以將熱釋放膠帶和硅片緊緊壓制在一起,壓制5分鐘后,撕去熱釋放膠帶。
至此,石墨烯成功地轉(zhuǎn)移到了硅片上。
S23、在所述石墨烯表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA。
具體地,本發(fā)明旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA的厚度為1μm,并用180℃熱板對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA烘烤15分鐘。
S24、對(duì)所述石墨烯進(jìn)行深紫外光刻,以形成源、漏電極的圖形。
具體地,本發(fā)明選擇HgXe燈作為深紫外光刻的光源對(duì)所述石墨烯進(jìn)行光刻,選擇甲基異丁基酮和異丙醇混合液對(duì)光刻后的石墨烯顯影,其中,HgXe燈產(chǎn)生光波的范圍為180nm至400nm,甲基異丁基酮和異丙醇的體積比為1:4,顯影時(shí)間為3分鐘。
S25、在所述光刻后的石墨烯表面沉積源、漏金屬電極。
具體地,將顯影完畢的石墨烯放置于電子束蒸發(fā)臺(tái)內(nèi),蒸發(fā)沉積源、漏金屬電極,其中,金屬電極的材料為Ti/Au/Ti合金、厚度為20nm/300nm/20nm;
蒸發(fā)沉積結(jié)束后,使用N甲基吡咯烷酮溶解所述石墨烯表面的聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA,剝離掉多余的源、漏金屬,形成源、漏金屬電極;
先使用異丙醇清洗所述石墨烯,再使用去離子水清洗所述石墨烯,并用45℃的N2氣吹干所述石墨烯。
S26、在含有源、漏金屬電極的石墨烯表面沉積柵介質(zhì)Al2O3。
具體地,如圖6所示,所述沉積柵介質(zhì)Al2O3的方法包括:
S261、將制作完源、漏電極的石墨烯放入蒸發(fā)臺(tái),蒸發(fā)厚度小于2nm的Al seed層;
S262、將所述石墨烯放置于空氣中自然氧化4小時(shí),形成Al2O3seed層;
S263、將所述石墨烯放置于原子層沉積爐內(nèi),沉積厚度為10nm的Al2O3,其中沉積爐內(nèi)的溫度為70℃。
S27、在所述柵介質(zhì)Al2O3表面旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA。
具體地,本發(fā)明旋涂聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA的厚度為1μm,并用180℃熱板對(duì)聚甲基丙烯酸甲酯材料PMMA烘烤15分鐘。
S28、對(duì)所述柵介質(zhì)Al2O3進(jìn)行深紫外光刻,以形成柵介質(zhì)Al2O3的圖形。
具體地,所述深紫外光刻的方法與S24相同,即選擇HgXe燈作為深紫外光刻的光源對(duì)所述石墨烯進(jìn)行光刻,選擇甲基異丁基酮和異丙醇混合液對(duì)光刻后的石墨烯顯影,其中,HgXe燈產(chǎn)生光波的范圍為180nm至400nm,甲基異丁基酮和異丙醇的體積比為1:4,顯影時(shí)間為3分鐘。
S29、腐蝕除了所述柵介質(zhì)Al2O3的圖形以外的其余Al2O3部分。
具體地,腐蝕液的成分是體積比為1:3的H3PO4與H2O的溶液,腐蝕20分鐘后,使用去離子水清洗,并用N2吹干。
S30、在所述柵介質(zhì)Al2O3上沉積柵極金屬。
具體地,柵極金屬為Ti/Au/Ti合金,合金厚度為20nm/300nm/20nm。
至此,本發(fā)明提供的石墨烯場效應(yīng)管的制作方法已完畢。
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)。