專利名稱：二維電子材料裝置及其混合光刻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種二維電子材料裝置及其混合光刻方法。
背景技術(shù)：
由碳原子構(gòu)成的單層片狀結(jié)構(gòu)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(dǎo)電速度的新一代半導(dǎo)體器件?，F(xiàn)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(dǎo)體器件的溝道材料，其上依次形成有源/漏電極、柵介質(zhì)(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(shè)在基板上，在制備工藝過程中，還要在 其上形成柵介質(zhì)、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(dǎo)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(yōu)越，同時保證加工精度是本領(lǐng)域亟需解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在下文中給出關(guān)于本發(fā)明的簡要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān)鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。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。本發(fā)明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二維電子材料裝置及其混合光刻方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明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(xué)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(xué)光刻，以形成至少一個器件區(qū)域，所述至少一個器件區(qū)域包括晶體管區(qū)域；對所述電極金屬層進行電子束光刻，以在所述晶體管區(qū)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(zhì)層；對所述柵介質(zhì)層進行光學(xué)光刻，以形成柵介質(zhì)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(zhì)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(yīng)的部位上形成歐姆接觸層圖形。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明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(jié)構(gòu)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(zhì)層圖形；所述柵介質(zhì)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(yīng)的部位上形成有歐姆接觸層圖形。本發(fā)明的二維電子材料裝置及其混合光刻方法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(zhì)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(shù)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(zhì)比較復(fù)雜，本發(fā)明在柵電極上形成柵介質(zhì)，工藝簡單，且能夠獲得較薄的柵介質(zhì)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(jīng)實驗，這種兩面夾的結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化接觸電阻；因此，本發(fā)明增強了半導(dǎo)體器件的性能，而且本發(fā)明部分采用光學(xué)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(tǒng)中小尺寸器件的光刻精度，使得半導(dǎo)體器件的性能有所提升，并且，通過光學(xué)光刻進行大面積即粗線條光刻，只在精度要求較高的區(qū)域進行電子束光刻，例如采用電子束光刻在晶體管區(qū)域形成柵、源、漏電極圖形，在保證加工精度的情況下可以節(jié)省加工時間。


參照下面結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例的說明，會更加容易地理解本發(fā)明的以上和其它目的、特點和優(yōu)點。附圖中的部件只是為了示出本發(fā)明的原理。在附圖中，相同的或類似的技術(shù)特征或部件將采用相同或類似的附圖標(biāo)記來表示。圖I為本發(fā)明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為本發(fā)明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為本發(fā)明制備二維電子材料裝置時的工藝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖來說明本發(fā)明的實施例。在本發(fā)明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?qū)嵤┓绞街惺境龅脑睾吞卣飨嘟Y(jié)合。應(yīng)當(dāng)注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發(fā)明無關(guān)的、本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的部件和處理的表示和描述。參考圖1，本發(fā)明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(xué)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(xué)光刻，以形成至少一個器件區(qū)域，至少一個器件 區(qū)域包括晶體管區(qū)域；步驟S4 :對電極金屬層進行電子束光刻，以在晶體管區(qū)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(zhì)層；步驟S6 :對柵介質(zhì)層進行光學(xué)光刻，以形成柵介質(zhì)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(zhì)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(yīng)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(zhí)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(jié)構(gòu)。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(xué)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(jīng)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(zhì)層。本步驟可通過例如等離子體增強化學(xué)氣相沉積法沉積一層二氧化硅作為層間介質(zhì)層，如圖7C所示，可在形成了多個下層引線的的結(jié)構(gòu)表面沉積一層二氧化娃形成層間介質(zhì)層24,層間介質(zhì)層24的厚度可為例如(O. 5±0. I)微米。步驟S14 :對層間介質(zhì)層進行光學(xué)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(zhì)層24進行大面積光刻，并對經(jīng)光刻的層間介質(zhì)層24進行刻蝕以形成層間通孔24a。在層間通孔24a處，下層引線22a上的層間介質(zhì)(二氧化硅)被去除，形成如圖7D所示的結(jié)構(gòu)。步驟S15 :形成第二引線金屬層。例如可在形成了層間通孔24a的結(jié)構(gòu)表面濺射一層鋁作為第二引線金屬層26，形成如圖7E所示的結(jié)構(gòu)。第二引線金屬層26的厚度可為例如(O. 5±0. I)微米。第二引線金屬層26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S16 :對第二引線金屬層進行光學(xué)光刻以形成該多個上層引線，其中每個層間通孔用于對應(yīng)地連通一個上層引線和一個下層引線。例如，可通過步進式光刻對第二引線金屬層26進行大面積光刻，并對經(jīng)光刻的第二引線金屬層26進行刻蝕可形成如圖7F所示的上層引線26a、26b、26c、26d等，其中上層引線26a通過層間通孔24a與下層引線22a相連。通過以上步驟S11-S16可形成兩層引線，還可采用上述方法形成兩層以上的引線，也可直接在襯底上濺射一層引線金屬層并對該引線金屬層進行光學(xué)光刻以形成一層引線圖形，需要形成的引線圖形的層數(shù)是根據(jù)需要而定。在此不一一列舉?？蛇x地，在需要形成電子束對準標(biāo)記的情況下，對至少一層引線金屬層進行光學(xué)光刻(步驟SI)還形成電子束對準標(biāo)記區(qū)域21，其中在電子束對準標(biāo)記區(qū)域21處露出襯底·20。具體地，如圖7D所示，在需要形成電子束對準標(biāo)記的情況下，對層間介質(zhì)層進行光學(xué)光刻(步驟S14)還去除電子束對準標(biāo)記區(qū)域2121處的層間介質(zhì)(二氧化硅)，以在電子束對準標(biāo)記區(qū)域2121處，露出襯底20的氧化薄膜20b，形成如圖7D所示的結(jié)構(gòu)。如圖7F所示，在需要形成電子束對準標(biāo)記的情況下，對第二引線金屬層進行光學(xué)光刻(步驟S16)還可去除電子束對準標(biāo)記區(qū)域2121處的引線金屬(鋁)以在電子束對準標(biāo)記區(qū)域21處露出襯底20的氧化薄膜20b。也就是說，對層間介質(zhì)層進行光學(xué)光刻(步驟S14)以及對第二引線金屬層進行光學(xué)光刻(步驟S16)還在該電子束對準標(biāo)記區(qū)域21處露出襯底。參考圖3，作為本實施例的可選方案，在形成電子束對準標(biāo)記區(qū)域的情況下，在形成至少一層引線圖形的步驟(步驟SI)后，本實施例還可包括以下步驟A-B:步驟A :對襯底的氧化薄膜層進行光學(xué)光刻以去除電子束對準標(biāo)記區(qū)域的氧化薄膜層。例如，可通過步進式光刻對氧化薄膜層20b進行大面積光刻，并通過濕法刻蝕或RIE(反應(yīng)離子刻蝕)去除電子束對準標(biāo)記區(qū)域21的氧化薄膜(如二氧化硅)，形成如圖7G所示的結(jié)構(gòu)。步驟B :對襯底的基底層進行光學(xué)光刻以在電子束對準標(biāo)記區(qū)域形成電子束對準標(biāo)記。例如，可通過步進式光刻對基底層20a進行光刻，并刻蝕經(jīng)光刻后的襯底以在電子束對準標(biāo)記區(qū)域21處形成電子束對準標(biāo)記，例如刻蝕基底層20a形成深凹槽以形成圖7H中的“十”字形電子束對準標(biāo)記。形成電極金屬層的步驟(步驟S2)可形成如圖71所示的結(jié)構(gòu)，其中，在形成了多個上層引線(例如引線26a、26b、26c、26d)的器件的表面形成有電極金屬層28。參考圖4，具體地，形成電極金屬層(步驟S2)可包括以下步驟S17和S18 步驟S17 :濺射第一金屬層；例如可在形成多個上層引線的器件的表面先濺射一層鈦作為第一金屬層281，形成如圖71所示的結(jié)構(gòu)。步驟S18 :在第一金屬層上濺射第二金屬層；例如，可在第一金屬層281上濺射一層氮化鈦作為第二金屬層282，形成如圖7J所示的結(jié)構(gòu)，則電極金屬層28的材料為鈦和氮化鈦的合金。
步驟S3可形成如圖7K中所示的晶體管區(qū)域，例如，可對電極金屬層28進行步進式光刻以實現(xiàn)大面積光刻，對經(jīng)光刻的電極金屬層28進行RIE刻蝕后保留制備晶體管所需要的部分，以形成晶體管區(qū)域?？蛇x地，步驟S3中，還可根據(jù)實際需要形成制作其它半導(dǎo)體器件的區(qū)域，例如，對電極金屬層28進行步進式光刻保留光探測器電極所需要的部分，形成如圖7K所示的光探測器區(qū)域，在此不一一列舉。也就是說，步驟S3中形成的該至少一個器件區(qū)域還包括光探測器區(qū)域，其中對電極金屬層進行光學(xué)光刻還在光探測器區(qū)域中形成有兩個電極，即該光探測器區(qū)域中具有兩個電極。作為本實施例的可選方案，在形成光探測器區(qū)域的情況下，在形成至少一個器件區(qū)域(步驟S3)之后還可包括以下步驟C 對電極金屬層的第二金屬層進行光學(xué)光刻以去除光探測器區(qū)域中的一個電極處的第二金屬層，以形成光探測電極。本步驟可形成如圖7L所示的結(jié)構(gòu)，其中光探測器區(qū)域的一個電極處的第二金屬層282 (氮化鈦)被去除，只保留第一金屬層281 (鈦)，形成光探 測器的兩個光探測電極28e、28f。這樣形成的兩個光探測電極28e、28f的功函數(shù)可分別分布于二維電子材料(例如石墨烯)功函數(shù)的兩側(cè)。步驟S7中形成的二維電子材料層圖形還包括位于該兩個光探測電極28e、28f上的部分，例如二維電子材料層32b。對電極金屬層進行電子束光刻的步驟(步驟S4)可形成如圖7M所示的結(jié)構(gòu)，其中在晶體管區(qū)域同時形成柵電極28a、源電極28b和漏電極28c。對于晶體管來說，柵電極、源電極、漏電極的尺寸以及各電極之間的間距都非常小，采用光學(xué)光刻很難達到精度要求，因此，本步驟通過電子束光刻對電極金屬28進行光刻，并對經(jīng)電子束光刻后的電極金屬28進行刻蝕開槽，槽寬可為例如O. 25微米，柵電極線條的寬度可為例如O. 2微米，通過電子束光刻對電極金屬層進行光刻可同時形成柵電極圖形、源電極圖形和漏電極圖形，在保證加工精度的情況下可以節(jié)省加工時間。形成柵介質(zhì)層的步驟(步驟S5)可形成如圖7N所示的結(jié)構(gòu)，其中在形成柵電極28a、源電極28b、漏電極28c的結(jié)構(gòu)表面形成柵介質(zhì)層30。柵介質(zhì)層30的材料可為高介電常數(shù)柵介質(zhì)，可為但不限于以下幾種金屬氧化物鋁氧化物(例如A1203)、釔氧化物(例如Y203)、鑭氧化物(例如La2O3)、鉿氧化物(例如Η 2)、氮氧化鉿硅(HfSiNO)等。柵介質(zhì)層30的等效氧化層厚度可為例如I. 5納米。對柵介質(zhì)層進行光學(xué)光刻的步驟(步驟S6)可形成如圖70所示的結(jié)構(gòu)，其中可通過步進式光刻對柵介質(zhì)層30進行大面積光刻，并蝕刻去除例如源電極28b、漏電極28c上的柵介質(zhì)(例如氮氧化鉿硅)，以形成柵介質(zhì)層圖形30a。執(zhí)行步驟S7可形成如圖7Q所示的結(jié)構(gòu)，其中柵介質(zhì)層圖形30a、源電極28b和漏電極28c上形成有二維電子材料層圖形32a。參考圖5，步驟S7具體可包括步驟S19 :形成二維電子材料層。本步驟可在形成柵介質(zhì)層圖形30a的結(jié)構(gòu)表面形成如圖7P所示的二維電子材料層32?？蛇x地，二維電極材料層可為例如石墨烯層、MLG(multi layer graphene,多層石墨烯)、硫化鑰薄膜、氮化硼薄膜等。步驟S20 :將形成二維電子材料層32之后的器件放置到一密封容器中，對該密封容器抽真空至預(yù)定真空度，在預(yù)定時長之后將其從密封容器中取出。本步驟用以增強二維電子材料層32與結(jié)構(gòu)表面接觸的緊密性。步驟S21 :對二維電子材料層進行光學(xué)光刻以形成二維電子材料層圖形。本步驟可通過接觸式光刻對二維電子材料層進行圖形化定義，通過氧等離子體刻蝕得到如圖7Q所示的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(zhì)層圖形30a、源電極圖形28b和漏電極圖形28c上的部分32a，還可包括位于電極28e和28f上的部分32b。執(zhí)行步驟S8可形成如圖7S所示的歐姆接觸層圖形34b、34c。參考圖6，具體地，步驟S8可包括以下步驟步驟S22 :沉積歐姆接觸金屬層。本步驟可在形成二維電子材料層圖形的結(jié)構(gòu)表面沉積歐姆接觸金屬層34形成如圖7R所示的結(jié)構(gòu)。步驟S23 :對歐姆接觸金屬層進行電子束光刻以在二維電子材料層圖形中對應(yīng)源電極圖形和漏電極圖形的部位上形成歐姆接觸層圖形。與形成柵電極圖形、源電極圖形、漏電極圖形的工藝相對應(yīng)，形成歐姆接觸層圖形也需要較高的尺寸精度，因此，本步驟中采用 電子束光刻對歐姆接觸金屬層進行光刻。本步驟形成如圖7S所示的結(jié)構(gòu)。如圖7S所示，二維電子材料層的上面為接觸金屬，下面為電極金屬，采用這種結(jié)構(gòu)可以優(yōu)化接觸電阻。本實例中，主要采用的光學(xué)光刻技術(shù)為步進式光刻或接觸式光刻，但是本發(fā)明并不限于此，也可為采用其它可以實現(xiàn)大面積光刻的技術(shù)。本發(fā)明還提供了一種二維電子材料裝置，可通過上述方法制備而成，以下參考圖7S對本發(fā)明的二維電子材料裝置進行描述。該二維電子材料裝置包括襯底；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；例如，可在襯底上形成下層引線圖形和上層引線圖形，其中上層引線圖形包括多個上層引線26a_26d ；形成至少一層引線圖形的結(jié)構(gòu)表面形成有柵電極圖形、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一個上層引線相連。例如，源電極圖形28b和漏電極圖形28c分別與上層引線26a和26c相連；柵電極圖形上形成有柵介質(zhì)層圖形；例如，柵電極圖形28a上形成有柵介質(zhì)層圖形 30a ；柵介質(zhì)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；例如，柵介質(zhì)層圖形28a、源電極圖形28b和漏電極圖形28c上具有二維電子材料層圖形32a ；二維電子材料層圖形中與源電極圖形和漏電極圖形對應(yīng)的部位上形成有歐姆接觸層圖形；例如，二維電子材料層圖形32a上具有歐姆接觸層圖形34b和34c，分別與源電極圖形28b和漏電極圖形28c相對應(yīng)。上述描述可形成晶體管器件，可選地，當(dāng)需要制備其它器件，例如光探測器時，形成至少一層弓I線圖形的結(jié)構(gòu)表面還形成有兩個光探測電極，每個光探測電極與一個上層弓I線相連，其中一個光探測電極包括第一層金屬和位于第一層金屬上的第二層金屬，另一個光探測電極包括所述第一層金屬，兩個光探測電極上形成有二維電子材料層圖形；例如，在光探測器區(qū)域中還形成有光探測電極28e和28f，其中光探測電極28f上的第二層金屬被去除，因此光探測電極28e包括鈦和氮化鈦兩層金屬，而光探測電極28f只包括一層鈦金屬，兩個光探測電極28e和28f上具有二維電子材料層圖形32b。
如圖7S所示，襯底包括基底層20a和在基底層20a上形成的氧化薄膜層20b，襯底上形成有電子束對準標(biāo)記區(qū)域21，在電子束對準標(biāo)記區(qū)域21處，沿氧化薄膜層20b表面向所述基底層表面開設(shè)有第一凹槽，沿基底層20a表面向下開設(shè)有第二凹槽，第二凹槽的寬度小于所述第一凹槽，且第一凹槽和第二凹槽相互連通。此處所謂的第一凹槽，可為在步驟A中去除電子束對準標(biāo)記區(qū)域的氧化薄膜層所形成的凹槽，第二凹槽可為步驟B中對襯底的基底層進行光刻形成的凹槽，第一、第二凹槽連通可成為如圖7S所示的“十”字形電子束對準標(biāo)記。在襯底上形成的至少一層引線圖形可包括一層或多層，在本實施例中，該至少一層引線圖形包括自下而上形成在襯底上的下層引線圖形和上層引線圖形，下層引線圖形包括多個下層引線(如引線22a和22b)，上層引線圖形包括上述多個上層引線(如引線26a-26d)，襯底還形成有覆蓋該下層引線圖形的層間介質(zhì)層(如在步驟S13中形成的層間介質(zhì)層)，該上層引線圖形在層間介質(zhì)層上形成，層間介質(zhì)層上開設(shè)有至少一個層間通孔，每個層間通孔用于對應(yīng)地連通一個下層引線和一個上層引線(如下層引線22a通過層間介質(zhì)層上的一個通孔與上層引線26a連通)。
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本發(fā)明的二維電子材料裝置及其混合光刻方法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上形成柵介質(zhì)層然后形成電極圖形，有效地保證了二維電子材料的本征特性不受破壞，同時避免了增大柵介質(zhì)層的等效氧化層厚度，可以將柵介質(zhì)層做地極薄，從而增強了半導(dǎo)體器件的性能，而且本發(fā)明部分采用光學(xué)光刻進行大面積的光亥IJ，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小尺寸器件的光刻精度，使得半導(dǎo)體器件的性能有所提升。由于光學(xué)光刻可進行粗線條光刻，因此其光刻速度較大，本發(fā)明通過光學(xué)光刻進行大面積即粗線條光刻，只在精度要求較高的區(qū)域進行電子束光刻(例如采用電子束光刻在晶體管區(qū)域形成柵、源、漏電極圖形，且柵、源、漏電極圖形可同時形成)因此，本發(fā)明在保證加工精度的同時可節(jié)省加工時間。在本發(fā)明的裝置和方法中，顯然，各部件或各步驟是可以分解、組合和/或分解后重新組合的。這些分解和/或重新組合應(yīng)視為本發(fā)明的等效方案。同時，在上面對本發(fā)明具體實施例的描述中，針對一種實施方式描述和/或示出的特征可以以相同或類似的方式在一個或更多個其它實施方式中使用，與其它實施方式中的特征相組合，或替代其它實施方式中的特征。應(yīng)該強調(diào)，術(shù)語“包括/包含”在本文使用時指特征、要素、步驟或組件的存在，但并不排除一個或更多個其它特征、要素、步驟或組件的存在或附加。雖然已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)點，但是應(yīng)當(dāng)理解在不超出由所附的權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發(fā)明的范圍不僅限于說明書所描述的過程、設(shè)備、手段、方法和步驟的具體實施例。本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員從本發(fā)明的公開內(nèi)容將容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以使用執(zhí)行與在此所述的相應(yīng)實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結(jié)果的、現(xiàn)有和將來要被開發(fā)的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權(quán)利要求旨在在它們的范圍內(nèi)包括這樣的過程、設(shè)備、手段、方法或者步驟。
權(quán)利要求
1.一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(xué)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(xué)光刻，以形成至少一個器件區(qū)域，所述至少一個器件區(qū)域包括晶體管區(qū)域； 對所述電極金屬層進行電子束光刻，以在所述晶體管區(qū)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(zhì)層； 對所述柵介質(zhì)層進行光學(xué)光刻，以形成柵介質(zhì)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(zhì)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(yīng)的部位上形成歐姆接觸層圖形。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，在襯底上形成至少一層引線金屬層的步驟包括 在所述襯底上形成第一引線金屬層； 對所述第一引線金屬層進行光學(xué)光刻以形成多個下層引線； 形成層間介質(zhì)層； 對所述層間介質(zhì)層進行光學(xué)光刻以形成至少一個層間通孔； 形成第二引線金屬層；以及 對所述第二引線金屬層進行光學(xué)光刻以形成所述多個上層引線，其中每個層間通孔用于對應(yīng)地連通一個上層弓I線和一個下層引線。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，對所述至少一層引線金屬層進行光學(xué)光刻還形成電子束對準標(biāo)記區(qū)域，其中在所述電子束對準標(biāo)記區(qū)域處露出所述襯底。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，所述襯底包括基底層和在所述基底層上形成的氧化薄膜層，所述二維電子材料裝置的混合光刻方法在形成所述至少一層引線圖形之后還包括 對所述襯底的氧化薄膜層進行光學(xué)光刻以去除所述電子束對準標(biāo)記區(qū)域的氧化薄膜層；以及 對所述襯底的基底層進行光學(xué)光刻以在所述電子束對準標(biāo)記區(qū)域形成電子束對準標(biāo)記。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，形成電極金屬層的步驟包括 濺射第一金屬層；以及 在所述第一金屬層上派射第二金屬層； 所述至少一個器件區(qū)域還包括光探測器區(qū)域，對所述電極金屬層進行光學(xué)光刻還在所述光探測器區(qū)域中形成兩個電極，形成至少一個器件區(qū)域的步驟之后還包括對所述第二金屬層進行光學(xué)光刻以去除所述光探測器區(qū)域的其中一個電極上的第二金屬層，形成兩個光探測電極；所述二維電子材料層圖形還包括位于所述兩個光探測電極上的部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，形成二維電子材料層圖形的步驟包括 形成二維電子材料層； 將形成所述二維電子材料層之后的器件放置到一密封容器中，對所述密封容器抽真空至預(yù)定真空度，在預(yù)定時長之后將其從所述密封容器中取出；以及 對所述二維電子材料層進行光學(xué)光刻以形成所述二維電子材料層圖形。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一項所述的二維電子材料裝置的混合光刻方法，其特征在于，形成歐姆接觸層圖形的步驟包括 沉積歐姆接觸金屬層；以及 對所述歐姆接觸金屬層進行電子束光刻以在所述二維電子材料層圖形中對應(yīng)所述源電極圖形和漏電極圖形的部位上形成歐姆接觸層圖形。
8.—種二維電子材料裝置，其特征在于，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(jié)構(gòu)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(zhì)層圖形； 所述柵介質(zhì)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(yīng)的部位上形成有歐姆接觸層圖形。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的二維電子材料裝置，其特征在于，所述至少一層引線圖形包括自下而上形成在所述襯底上的下層引線圖形和上層引線圖形，所述下層引線圖形包括多個下層引線，所述上層引線圖形包括所述多個上層引線，所述襯底還形成有覆蓋所述下層引線圖形的層間介質(zhì)層，所述下層引線圖形在所述層間介質(zhì)層上形成，所述層間介質(zhì)層上開設(shè)有至少一個層間通孔，每個層間通孔用于對應(yīng)地連通一個下層引線和一個上層引線。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的二維電子材料裝置，其特征在于， 形成所述至少一層引線圖形的結(jié)構(gòu)表面還形成有兩個光探測電極，每個光探測電極與一個上層引線相連，其中一個光探測電極包括第一層金屬和位于第一層金屬上的第二層金屬，另一個光探測電極包括所述第一層金屬，所述二維電子材料層圖形包括位于所述兩個光探測電極上的部分； 和/或， 所述襯底包括基底層和在所述基底層上形成的氧化薄膜層，所述襯底上形成有電子束對準標(biāo)記區(qū)域，在所述電子束對準標(biāo)記區(qū)域處，沿所述氧化薄膜層表面向所述基底層表面開設(shè)有第一凹槽，沿所述基底層表面向下開設(shè)有第二凹槽，所述第二凹槽的寬度小于所述第一凹槽，且所述第一凹槽和第二凹槽相互連通。
全文摘要
本發(fā)明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(xué)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(xué)光刻，以形成晶體管區(qū)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(zhì)層；對柵介質(zhì)層進行光學(xué)光刻形成柵介質(zhì)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(fā)明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(jié)省加工時間。
文檔編號H01L21/28GK102945794SQ20121033100
公開日2013年2月27日 申請日期2012年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月7日
發(fā)明者吳華強, 肖柯, 呂宏鳴, 錢鶴, 伍曉明 申請人:清華大學(xué)