專利名稱：一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及碳基的FET器件制備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，能夠有效的減少碳基材料表面的殘余光刻膠，實(shí)現(xiàn)金屬與碳基材料的良好接觸，從而有效的提高器件的開關(guān)電流比跨導(dǎo)gm，本征增益Gain和截止頻率ft。
背景技術(shù)：
以碳材料為基的納米電子學(xué)，尤其是碳納米管(Carbon Nanotube)和石墨烯 (Graphene)為基的納米電子學(xué),被認(rèn)為具有極大的應(yīng)用前景,極富潛力可替代娃基材料。自從1991年碳納米管和2004年石墨烯被成功研制以來，碳基電子學(xué)取得了巨大發(fā)展。基于碳基的電子學(xué)具有尺寸小、速度快、功耗低、工藝簡單等特點(diǎn)，受到人們越來越廣泛的關(guān)注。在碳基的FET器件的發(fā)展過程中，柵介質(zhì)以及碳基材料與金屬的接觸成為亟待解決的重要課題。在Si器件中，金屬和硅的接觸電阻率為10_80\(^2，而對于碳基器件而言， 由于碳基材料具有更高的遷移率，接觸電阻率為 ο—9 Ω X Cm2才能體現(xiàn)出碳基材料高遷移率的特性。金屬與碳基材料的接觸電阻對器件開關(guān)電流比，跨導(dǎo)，本征增益和截止頻率有著重要的影響(Kristen N. Parrisha, APPLIED PHYSICS LETTERS98,183505(2011));在研究碳基材料和金屬的歐姆接觸的過程中，選擇了各種不同的金屬。主要研究的金屬體系為 Ti/Au，Ni/Au, Pd/Au，Cr/Au ;接觸電阻分別為Ti/Au (5/50nm) :7500 Ω X μ m, Ni/Au(30/20nm) :2100Ω X μ m, Ti/Pb/Au(0. 5/20/40nm) :750Ω X μ m(Bo-Chao Huang, APPLIEDPHYSICS LETTERS 99,032107 (2011)) ；Cr/Au(10/20nm) 1000 Ω X μ m(K. Nagashio, IEDM 09-565(2009));不同的金屬以及金屬的厚度都對接觸電阻有很大影響； 不同的工藝處理過程也對接觸電阻有較大的影響(Joshua A. Robinson, APPLIED PHYSICS LETTERS 98,053103(2011))。但是在研究的過程中都沒有降低金屬與碳基材料的接觸電阻。本發(fā)明提出了一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，實(shí)現(xiàn)了金屬與碳基材料的低接觸電阻。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的主要目的在于提供一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，以減小碳基材料與金屬接觸電阻。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，該方法是在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，然后在該掩膜金屬層上光刻定義源漏區(qū)圖形，腐蝕該源漏區(qū)圖形處的掩膜金屬層，并經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，最后去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層。上述方案中，所述碳基材料采用石墨烯或碳納米管。
上述方案中，所述在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，是采用蒸發(fā)的方法在碳基材料的表面蒸發(fā)厚度在3 IOOnm之間的掩膜金屬層。上述方案中，所述掩膜金屬層采用金屬鎳、鋁、銅、鉻或鈦。上述方案中，所述源漏電極均采用金屬鈦和金、鉻和金、鈀和金、鎳和金或者鉬和金。上述方案中，所述在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層之后，還包括在掩膜金屬層上涂敷一層光刻膠或電子束膠，該光刻膠為AZ5214，該電子束膠為PMMA、ZEP、UV3或 PMGI。上述方案中，所述經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，包括利用電子束蒸發(fā)鈦和金、鉻和金、鈀和金、鎳和金或者鉬和金疊層作為源漏電極，其中第一層金屬的厚度為 5 50nm,第二層金屬的厚度為50 200nm ;然后將樣品放入丙酮溶液中，去除源漏區(qū)域以外的金屬和光刻膠AZ5214，電子束膠PMMA，ZEP, UV3，PMGI。上述方案中，所述去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層，是采用選擇性腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)的， 掩膜金屬鎳的腐蝕采用的腐蝕液為體積比為I : 3的鹽酸，銅的腐蝕采用三氯化鐵溶液，鋁的腐蝕采用稀鹽酸溶液，鈦的腐蝕采用體積比為I : 30 : 69的氫氟酸硫酸水溶液，鉻的腐蝕采用體積比為3 I的鹽酸，且該腐蝕液不會(huì)腐蝕源漏金屬。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果I、本發(fā)明提供的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，采用金屬掩膜，實(shí)現(xiàn)光刻膠與碳基材料的隔離，最大程度的減小殘余光刻膠對碳基材料與金屬接觸的影響，從而有效的增加了碳基FET器件的開態(tài)電流，提高了器件的跨導(dǎo)和截止頻率。2、本發(fā)明提供的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，不僅適用于光學(xué)曝光， 也適用于電子束曝光，能夠有效的減少各種殘膠的影響，無需更換光刻膠，降低成本。3、本發(fā)明提供的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，在常規(guī)工藝流程中進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，不需要重新開發(fā)工藝，具備良好的可行性。


圖I是利用微機(jī)械剝離制作的石墨烯材料的電鏡掃描照片；圖2至圖8是依照本發(fā)明實(shí)施例的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的工藝流程圖；圖9是依照本發(fā)明實(shí)施例的制作的石墨烯FET器件的轉(zhuǎn)移特性曲線。其中，半導(dǎo)體襯底10、絕緣層11、導(dǎo)電通道12、源電極13、漏電極14、掩膜金屬15、 光刻膠16，所述絕緣層11設(shè)置于半導(dǎo)體襯底10上，所述導(dǎo)電通道12設(shè)置于絕緣層11上， 所述導(dǎo)電通道12由碳基材料構(gòu)成，所述源電極13和漏電極14分別設(shè)置于導(dǎo)電通道12的兩端；所述的掩膜金屬15設(shè)置于碳基材料12上，光刻膠16設(shè)置于掩膜金屬15上。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供了一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，該方法是在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，然后在該掩膜金屬層上光刻定義源漏區(qū)圖形，腐蝕該源漏區(qū)圖形處的掩膜金屬層，并經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，最后去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層。本發(fā)明采用金屬掩膜，實(shí)現(xiàn)光刻膠與碳基材料的隔離，避免了光刻膠與碳基材料的直接接觸，最大程度的減小殘余光刻膠對碳基材料與金屬接觸的影響，可以極大的降低
金屬與碳基材料的接觸電阻，從而增加器件的跨導(dǎo)，開關(guān)電流比，截止頻率和器件的本征增
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Mo圖2至圖8示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的工藝流程圖，在本實(shí)施例中，以硅作為半導(dǎo)體襯底，二氧化硅作為絕緣層，石墨烯作為導(dǎo)電通道，金屬鈦/金作為源漏電極，金屬鎳作為掩膜金屬，光刻膠AZ5214作為光刻膠來實(shí)現(xiàn)石墨烯和金屬的良好接觸。該方法具體包括以下步驟步驟I :碳基材料的制備；如圖I所示，采用微機(jī)械剝離的方法制備石墨烯，并且利用定位標(biāo)記對石墨烯進(jìn)行定位。步驟2 :蒸發(fā)金屬如圖2所示，利用電子束蒸發(fā)在碳基材料石墨烯12的表面蒸發(fā)一掩膜金屬層15,該掩膜金屬層米用金屬Ni,厚度在3 IOOnm之間。步驟3 :光刻顯影勻膠，如圖3所示，涂覆光刻膠AZ5214，經(jīng)過曝光顯影后定義源漏區(qū)圖形，如圖4所示。步驟4 :腐蝕金屬如圖5所示，腐蝕源漏區(qū)域的掩膜金屬Ni，腐蝕液為I : 3的鹽酸，然后用去離子水清洗吹干。步驟5 :蒸發(fā)金屬如圖6所示，蒸發(fā)源漏金屬(選擇不能被掩膜金屬的腐蝕液腐蝕的金屬作為源漏金屬)，利用電子束蒸發(fā)一層20/200nm鈦/金(Ti/Au = 20/200nm)金屬作為源漏電極。步驟6 :剝離金屬剝離，得到源漏電極；如圖7所示，將樣品放入丙酮中，去除源漏區(qū)域以外的金屬和光刻膠。步驟7 :溝道區(qū)腐蝕腐蝕溝道區(qū)的掩膜金屬，最后用去離子水清洗吹干；如圖8 所示，腐蝕溝道區(qū)的金屬Ni，腐蝕液為I : 3的鹽酸，完成石墨烯背柵器件的制作。經(jīng)過上述步驟I至7，圖9示出了依照本發(fā)明實(shí)施例的制作的石墨烯FET器件的轉(zhuǎn)移特性曲線。通過上述實(shí)施例可以看出，本發(fā)明采用金屬掩膜，實(shí)現(xiàn)光刻膠與碳基材料的隔離， 避免了光刻膠與碳基材料的直接接觸，最大程度的減小殘余光刻膠對碳基材料與金屬接觸的影響，可以極大的降低金屬與碳基材料的接觸電阻，從而增加器件的跨導(dǎo)，開關(guān)電流比， 截止頻率和器件的本征增益。在上述實(shí)施例中，是以硅作為半導(dǎo)體襯底，二氧化硅作為絕緣層，石墨烯作為導(dǎo)電通道，金屬鈦/金作為源漏電極，金屬鎳作為掩膜金屬，光刻膠AZ5214作為光刻膠來實(shí)現(xiàn)石墨烯和金屬的良好接觸。在實(shí)際應(yīng)用中，碳基材料可以采用石墨烯或碳納米管，掩膜金屬層可以采用金屬鎳、鋁、銅、鉻或鈦，源漏電極均可以采用金屬鈦和金、鉻和金、鈀和金、鎳和金或者鉬和金等疊層；在掩膜金屬層上涂敷的可以是光刻膠也可以是電子束膠，光刻膠為 AZ5214，電子束膠為PMMA、ZEP、UV3或PMGI。利用電子束蒸發(fā)鈦和金、鉻和金、鈀和金、鎳和金或者鉬和金疊層作為源漏電極，其中第一層金屬的厚度為5 50nm，第二層金屬的厚度為50 200nm。在去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層時(shí)，是采用選擇性腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)的，掩膜金屬鎳的腐蝕采用的腐蝕液為體積比為I : 3的鹽酸，銅的腐蝕采用三氯化鐵溶液，鋁的腐蝕采用稀鹽酸溶液，鈦的腐蝕采用體積比為I : 30 : 69的氫氟酸硫酸水溶液，鉻的腐蝕采用體積比為3 I的鹽酸，且該腐蝕液不會(huì)腐蝕源漏金屬。以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，該方法是在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，然后在該掩膜金屬層上光刻定義源漏區(qū)圖形，腐蝕該源漏區(qū)圖形處的掩膜金屬層，并經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，最后去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述碳基材料采用石墨烯或碳納米管。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，是采用蒸發(fā)的方法在碳基材料的表面蒸發(fā)厚度在 .3 IOOnm之間的掩膜金屬層。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述掩膜金屬層采用金屬鎳、鋁、銅、鉻或鈦。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述源漏電極均采用金屬鈦和金、鉻和金、鈕和金、鎳和金或者鉬和金。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層之后，還包括在掩膜金屬層上涂敷一層光刻膠或電子束膠，該光刻膠為AZ5214，該電子束膠為 PMMA、ZEP、UV3 或 PMGI。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，包括利用電子束蒸發(fā)鈦和金、鉻和金、鈀和金、鎳和金或者鉬和金疊層作為源漏電極，其中第一層金屬的厚度為5 50nm,第二層金屬的厚度為50 200nm ;然后將樣品放入丙酮溶液中，去除源漏區(qū)域以外的金屬和光刻膠。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，其特征在于，所述去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層，是采用選擇性腐蝕的方法實(shí)現(xiàn)的，掩膜金屬鎳的腐蝕采用的腐蝕液為體積比為1 : 3的鹽酸，銅的腐蝕采用三氯化鐵溶液，鋁的腐蝕采用稀鹽酸溶液， 鈦的腐蝕采用體積比為1: 30 : 69的氫氟酸硫酸水溶液，鉻的腐蝕采用體積比為 3 1的鹽酸，且該腐蝕液不會(huì)腐蝕源漏金屬。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種減小金屬與碳基材料的接觸電阻的方法，該方法是在碳基材料的表面形成一掩膜金屬層，然后在該掩膜金屬層上光刻定義源漏區(qū)圖形，腐蝕該源漏區(qū)圖形處的掩膜金屬層，并經(jīng)金屬蒸發(fā)以及剝離來制備源漏電極，最后去除溝道區(qū)上的掩膜金屬層。本發(fā)明采用金屬掩膜，實(shí)現(xiàn)光刻膠與碳基材料的隔離，最大程度的減小殘余光刻膠對碳基材料與金屬接觸的影響，從而有效的增加了碳基FET器件的開態(tài)電流，提高了器件的跨導(dǎo)和截止頻率。
文檔編號(hào)H01L21/336GK102593006SQ201210075810
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者彭松昂, 潘洪亮, 王顯泰, 郭建楠, 金智, 陳嬌, 麻芃 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所