一種二硫化鉬場效應(yīng)管的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納器件制備與應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種納米薄膜材料的電學(xué)檢測器件的制作方法，特別是涉及一種二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，常見的二硫化鑰場效應(yīng)管大多采用電子束光刻和剝離工藝實現(xiàn)的。因為二硫化鑰面積小，通過剝離方法得到的二硫化鑰轉(zhuǎn)移至氧化硅表面后，通過顯微鏡觀察確定位置后，通過電子束光刻和剝離工藝實現(xiàn)二硫化鑰與外界的電連接。B.Radisavl jevic等在 “Single-layer MoS2 transistors，，，Nature Nanotechnology 6 (2011.3) 147-150 一文中制作的單層二硫化鑰場效應(yīng)管是一種典型的二硫化鑰場效應(yīng)管。將利用機械剝離的方法得到的單層二硫化鑰轉(zhuǎn)移到氧化硅表面，由于機械剝離得到的二硫化鑰尺寸較小，所以只能利用電子束光刻和金屬沉積的辦法實現(xiàn)二硫化鑰與外界的電相連。而普通的光刻技術(shù)無法實現(xiàn)精確定位。電子束光刻是一種高成本的圖形化技術(shù)，同時，在電子束光刻過程中，定位目標(biāo)二硫化鑰也是比較困難的工作。因此，尋求一種簡單的二硫化鑰場效應(yīng)管制作方法是實現(xiàn)其應(yīng)用的前提。為了克服機械剝離方法得到的二硫化鑰尺寸較小問題，大尺寸的二硫化鑰研究也已經(jīng)備受關(guān)注。CVD方法生長出尺寸較大的二硫化鑰薄膜。然后用生長的二硫化鑰制作場效應(yīng)管。該方法依舊是先將二硫化鑰置于氧化硅表面，然后光刻、電子光刻、金屬沉積和剝離工藝制作出電極。Jing Zhang等在“Scalable growth of high-qualitypolycrystalline MoS2 monolayers on Si02 with tunable grain size.” ACS Nano 8(6),(2014)6024-6030 一文中就是用該方法制作二硫化鑰場效應(yīng)管的。
[0003]除了采用電子束光刻，現(xiàn)有的技術(shù)都是先制作好二硫化鑰，后制作金屬電極。這存在兩個問題:首先，制作金屬電極會給二硫化鑰的性能造成影響，比如前文中B.Radisavl jevic等制作的場效應(yīng)管在電極制作后，需要進(jìn)行退火處理，去除殘留在二硫化鑰表面的光刻膠。同時殘余的膠會影響器件本身的性能，如特定氣體的吸附性等。其次，現(xiàn)有的二硫化鑰場效應(yīng)管的基體均是一次性的，不能循環(huán)使用。當(dāng)二硫化鑰失效的時，器件就就不能在使用，這也提高了二硫化鑰場效應(yīng)管的生產(chǎn)成本。尤其可見，如果提出一種工藝簡單、制造成本低的二硫化鑰場效應(yīng)管的制造方法，必將具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中高成本，不可循環(huán)使用的問題，同時實現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)與CMOS技術(shù)相兼容，能有效降低制造工藝復(fù)雜程度問題。
[0005]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法，所述制作方法至少包括步驟:
[0006]1)提供一包括硅基體和頂絕緣層的基板，刻蝕所述頂絕緣層形成金屬電極填埋窗Π ;
[0007]2)在頂絕緣層和金屬電極填埋窗口上方沉積金屬薄膜；
[0008]3)利用減薄的方法將頂絕緣層上方金屬薄膜去除，得到金屬源極和金屬漏極；同時保持金屬電極填埋窗口上方剩余的金屬薄膜與頂絕緣層在同一水平高度；
[0009]4)在金屬源極、金屬漏極和頂絕緣層上方制作鈍化層，并制作出外接電路窗口和二硫化鑰窗口；
[0010]5)將二硫化鑰轉(zhuǎn)移到二硫化鑰窗口上，并與金屬源極和金屬漏極相連接。
[0011]可選地，所述步驟1)中采用反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕所述頂絕緣層形成金屬電極填埋窗口，所述金屬電極填埋窗口深度為300?lOOOnm。
[0012]可選地，所述金屬電極填埋窗口對稱分布于頂絕緣層上，數(shù)量大于4對。
[0013]可選地，所述頂絕緣層的厚度范圍為400?2000nm。
[0014]可選地，所述步驟2)中采用的金屬薄膜為Ti/Au或者Cr/Au，厚度為300?2000nm。
[0015]可選地，所述步驟3)中采用的減薄方法為化學(xué)機械拋光。
[0016]可選地:所述步驟4)制作外接電路窗口和二硫化鑰窗口的步驟包括:
[0017]4-1)采用等離子體增強化學(xué)氣相沉積方法在頂絕緣層和金屬電極上方制作出鈍化層。
[0018]4-2)通過光刻和反應(yīng)離子刻蝕工藝刻蝕或者腐蝕工藝，并制作出外接電路窗口和二硫化鑰窗口。
[0019]可選地，所述步驟4)中鈍化層材料為氧化硅或者氮化硅，其厚度為200nm?lOOOnm。
[0020]如上所述，本發(fā)明的二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法。包括:首先提供一包括已經(jīng)摻雜的硅基體和頂絕緣層的基板，刻蝕所述頂絕緣層形成金屬電極填埋窗口 ；然后在頂絕緣層和金屬電極填埋窗口上方沉積金屬薄膜；接著利用減薄的方法將頂絕緣層上方金屬薄膜去除，得到金屬源極和金屬漏極；同時保持金屬電極填埋窗口上方剩余的金屬薄膜與頂絕緣層在同一水平高度；在金屬源極、金屬漏極和頂絕緣層上方制作鈍化層，并制作出外接電路窗口和二硫化鑰窗口 ；最后將二硫化鑰轉(zhuǎn)移到二硫化鑰窗口上，并與金屬源極和金屬漏極相連接。
[0021]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0022]1、與CMOS技術(shù)兼容。采用CMOS技術(shù)制作出金屬源極和金屬漏極。
[0023]2、多對金屬源極和金屬漏極提供了多組檢測信號。
[0024]3、避免使用電子束光刻，降低生產(chǎn)成本。
[0025]4、制作出的器件可以重復(fù)循環(huán)使用。采用低功率等離子刻蝕辦法將已有的二硫化鑰去除后，可以繼續(xù)轉(zhuǎn)移二硫化鑰到電極區(qū)域作為新的器件繼續(xù)使用。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法的工藝流程圖。
[0027]圖2?圖3a顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法步驟1)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖3b顯示為本發(fā)明圖3a俯視圖。
[0029]圖4顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法步驟2)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖5顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法步驟3)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖6?圖7顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法步驟4)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖8顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法步驟5)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖9顯示為本發(fā)明二硫化鑰場效應(yīng)管使用時外接電路示意圖。
[0034]元件標(biāo)號說明
[0035]S1 ?S5步驟
[0036]1基板
[0037]10硅基體
[0038]11頂絕緣層
[0039]110金屬源極填埋窗口
[0040]111金屬漏極填埋窗口
[0041]2金屬薄膜
[0042]20金屬源極
[0043]21金屬漏極
[0044]3鈍化層
[0045]30二硫化鑰窗口
[0046]31金屬源極外接窗口
[0047]32金屬漏極外接窗口
[0048]4二硫化鑰
【具體實施方式】
[0049]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0050]請參閱附圖1至圖8。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0051]如圖1所示，本發(fā)明提供一種二硫化鑰場效應(yīng)管的制作方法，所述制作方法至少包括以下步驟:
[0052]S1，提供一包括硅基體和頂絕緣層的基板，刻蝕所述頂絕緣層形成金屬電極填埋窗口 ；
[0053]S2，在頂絕緣層和金屬電極填埋窗口上方沉積金屬薄膜；
[0054]S3，利用減薄的方法將頂絕緣層上方金屬薄膜去除，得到金屬源極和金屬漏極；同時保持金屬電極填埋窗口上方剩余的金屬薄膜與頂絕緣層在同一水平高度；
[0055]S4，在金屬源極、金屬漏極和頂絕緣層上方制作鈍