采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]經(jīng)過(guò)二十多年的快速發(fā)展，以柵長(zhǎng)為最小特性尺寸的化合物半導(dǎo)體已經(jīng)進(jìn)入了納米器件時(shí)代，對(duì)柵光刻技術(shù)提出了更高的要求。目前，200nm以下的光刻機(jī)售價(jià)昂貴，維護(hù)成本高，而化合物半導(dǎo)體以研發(fā)和小批量生產(chǎn)為主，更新?lián)Q代的速度要遠(yuǎn)快于硅，因此性價(jià)比較高的電子束曝光技術(shù)成為其最佳選擇。
[0003]與光刻技術(shù)不同，高能電子束打到襯底表面后若不能被及時(shí)導(dǎo)走會(huì)產(chǎn)生電荷的積累，積累的電荷產(chǎn)生電場(chǎng)，束斑在受到電場(chǎng)的作用下會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，從而影響到電子束設(shè)備對(duì)標(biāo)記的識(shí)別和刻寫的精度。在電荷積累嚴(yán)重的情況下，甚至由于不能識(shí)別標(biāo)記而無(wú)法正常進(jìn)行電子束刻寫。因此電子束刻寫需要襯底表面接地且具有良好的導(dǎo)電性。而有的襯底本身就是高阻，有的襯底表面雖然具有良好的導(dǎo)電性，但是在經(jīng)過(guò)隔離工藝后導(dǎo)電區(qū)域變成了一個(gè)個(gè)孤立的小島，無(wú)法形成連續(xù)的導(dǎo)電通道，整個(gè)襯底表面的導(dǎo)電性能大幅度下降。
[0004]目前提高襯底表面導(dǎo)電性的主流方法有兩種，一種是在樣品表面旋涂電子束抗蝕劑后濺射或者熱蒸發(fā)一層金屬，另一種是抗蝕劑表面旋涂一層導(dǎo)電涂層。這兩種方法的共同特點(diǎn)是導(dǎo)電層在電子束抗蝕劑的上面，在顯影之前需要通過(guò)濕法去除。而濕法去除并不適合所有的抗蝕劑，在濕法去除導(dǎo)電層后有的抗蝕劑會(huì)無(wú)法正常顯影，有的抗蝕劑顯影后會(huì)出現(xiàn)浮膠現(xiàn)象。導(dǎo)電涂層中的導(dǎo)電溶質(zhì)顆粒容易沉淀和聚集成堆，很可能由于不能均勻分布在襯底表面而失效。因此，目前還沒(méi)有很好的既能提高電子束刻寫中襯底表面導(dǎo)電性又能兼容各種抗蝕劑的通用方法。而二維石墨烯薄膜材料具有超薄、高導(dǎo)電性的特點(diǎn)，對(duì)電子束抗蝕劑的曝光和顯影沒(méi)有影響，非常適合用來(lái)提高電子束刻寫中襯底表面的導(dǎo)電性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明提供了一種采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的方法，其目的是為了在不影響抗蝕劑的曝光和顯影的前提下解決電子束刻寫過(guò)程中由于襯底表面導(dǎo)電性差導(dǎo)致的電荷積累問(wèn)題。該方法的應(yīng)用有利于提高電子束的套刻精度，特別適合化合物半導(dǎo)體上電子束納米柵的制備，且兼容絕大多數(shù)電子束抗蝕劑。
[0006]技術(shù)手段:為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提出了一種采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007](I)用常規(guī)CVD法在金屬Cu襯底上制備石墨烯材料，在石墨烯上旋涂聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或甲基丙烯酸甲酯(MMA)轉(zhuǎn)移載體；
[0008](2)將步驟(I)得到的石墨烯材料中轉(zhuǎn)移載體朝上Cu朝下置于腐蝕液中，樣品在水的張力下會(huì)漂浮于液體上方，靜置至襯底金屬完全溶解，石墨烯將附著于上層載體上，石墨烯附著于上層載體上；
[0009](3)將步驟(2)得到的樣品轉(zhuǎn)移至去離子水清洗掉腐蝕液中帶出的殘留離子；
[0010](4)將步驟(3)得到的樣品轉(zhuǎn)移至目標(biāo)襯底，通過(guò)用目標(biāo)襯底將樣品從水中撈起，低溫烘烤以排盡殘留的水，使樣品緊貼于目標(biāo)襯底之上；
[0011](5)將步驟(4)得到的樣品浸泡入有機(jī)溶液中去掉轉(zhuǎn)移載體，去離子水清洗；
[0012](6)在步驟(5)得到的樣品上旋涂單層或多層電子束抗蝕劑，并進(jìn)行電子束曝光及顯影；
[0013](7)去除電子束曝光露出圖形中的石墨烯；
[0014](8)進(jìn)行柵金屬的制備和剝離；
[00?5] (9)用氧等離子體去除剩余的石墨稀。
[0016]優(yōu)選地，步驟(1)中的00)法制備石墨烯的襯底為01、祖、11^8^1、0、？(1^11、10、W、Fe中的任意一種或多種的組合，優(yōu)選沉底為金屬Cu。
[0017]優(yōu)選地，步驟(2)中所述的腐蝕液為三氯化鐵、過(guò)硫酸銨、氯化氫、硫酸、硝酸、氫氟酸、王水中的任意一種或它們的混合液。
[0018]步驟(4)中所述的目標(biāo)襯底包括S1、GaN、SiC、Al203、GaAs、Si02、AlN、Hf02、Y203中的任意一種或多種的外延以及鍵合組裝?？梢愿鶕?jù)需要選擇合適的目標(biāo)沉底。
[0019]步驟(5)中，所述的有機(jī)溶液包括丙酮、NMP、乙醇中的任意一種或多種的組合。
[0020]步驟(6)中，所述的電子束抗蝕劑包括PMMA(美國(guó)MicroChem Corp)、MMA(美國(guó)MicroChem Corp)、ZEP520(日本ZEON CORPORAT1N)、AR-P 6200(德國(guó)Allresist公司)、UV135(美國(guó)Shipley 公司)、UV5(美國(guó)Shipley 公司)、UVIII (美國(guó) Shipley 公司)、UVN(美國(guó)Shipley公司)、PMGI (美國(guó)MicroChem Corp)、LOR(美國(guó)MicroChem Corp)、HSQ(美國(guó)DowComing公司)、ARN7520(德國(guó)Allresist公司)中的任意一種或多種的組合。
[0021]步驟(7)中去除電子束曝光露出圖形中的石墨烯的方法包括氧等離子體打膠、RIE和ICP刻蝕中的任意一種。
[0022]步驟(8)中的柵金屬的種類包括Ni ,Pt,Ti ,Au,Al、Mo、Cu、Ag、Pd、W和Fe中的一種或多種復(fù)合結(jié)構(gòu)及合金。柵金屬根據(jù)不同的半導(dǎo)體類型和器件結(jié)構(gòu)按照本領(lǐng)域的常規(guī)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行選擇。
[0023]有益效果:與在電子束表面采用導(dǎo)電金屬和導(dǎo)電涂層相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為:
[0024](I)石墨稀在電子束抗蝕劑的下面，單層石墨稀的厚度僅為0.35nm左右，對(duì)抗蝕劑電子束曝光和顯影沒(méi)有影響；
[0025](2)石墨烯的去除方便，去除過(guò)程對(duì)電子束抗蝕劑沒(méi)有影響或者影響很小；
[0026](3)該方法兼容絕大多數(shù)的單層和多層電子束抗蝕劑；
[0027](4)石墨烯與電子束抗蝕劑之間的黏附性較好，可以解決部分襯底上旋涂抗蝕劑時(shí)的滑膠現(xiàn)象。
【附圖說(shuō)明】
[0028]圖1是采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的流程示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】
[0029]本發(fā)明提出了一種采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導(dǎo)電性的方法，通過(guò)將二維石墨烯轉(zhuǎn)移技術(shù)與電子束刻寫技術(shù)結(jié)合，具體制作步驟如下:
[0030]1)CVD法在金屬Cu襯底上制備石墨烯，在石墨烯上旋涂PMMA或MMA轉(zhuǎn)移載體；
[0031]2)將樣品按載體朝上襯底金屬朝下置于腐蝕液中，下面金屬溶解，石墨烯附著于上層載體上；
[0032]3)樣品轉(zhuǎn)移至去離子水清洗掉腐蝕液中帶出的殘留離子；
[0033]4)通過(guò)用目標(biāo)襯底將樣品從水中撈起，低溫烘烤以排盡殘留的水，使樣品緊貼于目標(biāo)襯底之上；
[0034]5)用丙酮、NMP浸泡去除襯底表面的PMMA或MMA，然后依次用乙醇和去離子水清洗；
[0035]6)在樣品上旋涂單層或多層電子束抗蝕劑，并進(jìn)行電子束曝光及顯影；
[0036]7)去除電子束曝光顯影后顯露區(qū)域的石墨烯；
[0037]8)進(jìn)行柵金屬的制備和剝離；
[0038]9)用氧等離子體去除剩余的石墨稀。
[0039]其中，步驟1)中的00)法制備石墨烯的襯底為(:11、祖、11^8^1、0、？(1^11、10、￥小6中的任意一種或多種的組合。襯底的材料可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，并無(wú)嚴(yán)格限定。
[0040]優(yōu)選地，步驟(2)中所述的腐蝕液為三氯化鐵、過(guò)硫酸銨、氯化氫、硫酸、硝酸、氫氟酸、王水中的任意一種或它們的混合液。
[0041]步驟4)中所述的目標(biāo)襯底包括S1、GaN、SiC、Al203、GaAs、Si02、AlN、Hf02、Y203中的任意一種或多種的外延以及鍵合組裝。目標(biāo)襯底的材料可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，并無(wú)嚴(yán)格限定。
[0042]步驟5)中，所述的有機(jī)溶液包括丙酮、NMP、乙醇中的任意一種或多種的組合。
[0043]步驟6)中，所述的電子束抗蝕劑可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇，如PMMA(美國(guó)MicroChemCorp)、MMA(美國(guó)MicroChem Corp)、ZEP520(日本ZEON CORPORAT1N) ^AR-P 6200(德國(guó)Al Iresist 公司)、UV135(美國(guó) Shipley 公司)、UV5(美國(guó) Shipley 公司)、UVIII(美國(guó) Shipley公司)、UVN(美國(guó)ShiPIey公司)、PMGI (美國(guó)MicroChem Corp)、LOR(美國(guó)MicroChem Corp)、HSQ(美國(guó)Dow Corning公司)、ARN7520(德國(guó)Allresist公司)中的任意一種或多種的組合。
[0044]步驟7)中去除電子束曝光露出圖形中的石墨烯的方法包括氧等離子體打膠、RIE和ICP刻蝕中的任意一種。
[0045]步驟8)中的柵金屬的種類包括N1、Pt、T1、Au、Al、Mo、Cu、Ag、Pd、W和Fe中的一種或多種復(fù)合結(jié)構(gòu)及合金。柵金屬的種類也可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
[0046]下面通過(guò)具體的實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，然而本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下述實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)技術(shù)方案中的表述選擇目標(biāo)襯底、腐蝕液、電子束抗蝕劑等成分實(shí)現(xiàn)提高電子束