一种二硫化钼场效应管的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微纳器件制备与应用技术领域，涉及一种纳米薄膜材料的电学检测器件的制作方法，特别是涉及一种二硫化钥场效应管的制作方法。
【背景技术】
[0002]目前，常见的二硫化钥场效应管大多采用电子束光刻和剥离工艺实现的。因为二硫化钥面积小，通过剥离方法得到的二硫化钥转移至氧化硅表面后，通过显微镜观察确定位置后，通过电子束光刻和剥离工艺实现二硫化钥与外界的电连接。B.Radisavl jevic等在 “Single-layer MoS2 transistors，，，Nature Nanotechnology 6 (2011.3) 147-150 一文中制作的单层二硫化钥场效应管是一种典型的二硫化钥场效应管。将利用机械剥离的方法得到的单层二硫化钥转移到氧化硅表面，由于机械剥离得到的二硫化钥尺寸较小，所以只能利用电子束光刻和金属沉积的办法实现二硫化钥与外界的电相连。而普通的光刻技术无法实现精确定位。电子束光刻是一种高成本的图形化技术，同时，在电子束光刻过程中，定位目标二硫化钥也是比较困难的工作。因此，寻求一种简单的二硫化钥场效应管制作方法是实现其应用的前提。为了克服机械剥离方法得到的二硫化钥尺寸较小问题，大尺寸的二硫化钥研究也已经备受关注。CVD方法生长出尺寸较大的二硫化钥薄膜。然后用生长的二硫化钥制作场效应管。该方法依旧是先将二硫化钥置于氧化硅表面，然后光刻、电子光刻、金属沉积和剥离工艺制作出电极。Jing Zhang等在“Scalable growth of high-qualitypolycrystalline MoS2 monolayers on Si02 with tunable grain size.” ACS Nano 8(6),(2014)6024-6030 一文中就是用该方法制作二硫化钥场效应管的。
[0003]除了采用电子束光刻，现有的技术都是先制作好二硫化钥，后制作金属电极。这存在两个问题:首先，制作金属电极会给二硫化钥的性能造成影响，比如前文中B.Radisavl jevic等制作的场效应管在电极制作后，需要进行退火处理，去除残留在二硫化钥表面的光刻胶。同时残余的胶会影响器件本身的性能，如特定气体的吸附性等。其次，现有的二硫化钥场效应管的基体均是一次性的，不能循环使用。当二硫化钥失效的时，器件就就不能在使用，这也提高了二硫化钥场效应管的生产成本。尤其可见，如果提出一种工艺简单、制造成本低的二硫化钥场效应管的制造方法，必将具有重要的意义。
【发明内容】
[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种二硫化钥场效应管的制作方法，用于解决现有技术中高成本，不可循环使用的问题，同时实现现有技术与CMOS技术相兼容，能有效降低制造工艺复杂程度问题。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种二硫化钥场效应管的制作方法，所述制作方法至少包括步骤:
[0006]1)提供一包括硅基体和顶绝缘层的基板，刻蚀所述顶绝缘层形成金属电极填埋窗Π ;
[0007]2)在顶绝缘层和金属电极填埋窗口上方沉积金属薄膜；
[0008]3)利用减薄的方法将顶绝缘层上方金属薄膜去除，得到金属源极和金属漏极；同时保持金属电极填埋窗口上方剩余的金属薄膜与顶绝缘层在同一水平高度；
[0009]4)在金属源极、金属漏极和顶绝缘层上方制作钝化层，并制作出外接电路窗口和二硫化钥窗口；
[0010]5)将二硫化钥转移到二硫化钥窗口上，并与金属源极和金属漏极相连接。
[0011]可选地，所述步骤1)中采用反应离子刻蚀工艺刻蚀所述顶绝缘层形成金属电极填埋窗口，所述金属电极填埋窗口深度为300?lOOOnm。
[0012]可选地，所述金属电极填埋窗口对称分布于顶绝缘层上，数量大于4对。
[0013]可选地，所述顶绝缘层的厚度范围为400?2000nm。
[0014]可选地，所述步骤2)中采用的金属薄膜为Ti/Au或者Cr/Au，厚度为300?2000nm。
[0015]可选地，所述步骤3)中采用的减薄方法为化学机械抛光。
[0016]可选地:所述步骤4)制作外接电路窗口和二硫化钥窗口的步骤包括:
[0017]4-1)采用等离子体增强化学气相沉积方法在顶绝缘层和金属电极上方制作出钝化层。
[0018]4-2)通过光刻和反应离子刻蚀工艺刻蚀或者腐蚀工艺，并制作出外接电路窗口和二硫化钥窗口。
[0019]可选地，所述步骤4)中钝化层材料为氧化硅或者氮化硅，其厚度为200nm?lOOOnm。
[0020]如上所述，本发明的二硫化钥场效应管的制作方法。包括:首先提供一包括已经掺杂的硅基体和顶绝缘层的基板，刻蚀所述顶绝缘层形成金属电极填埋窗口 ；然后在顶绝缘层和金属电极填埋窗口上方沉积金属薄膜；接着利用减薄的方法将顶绝缘层上方金属薄膜去除，得到金属源极和金属漏极；同时保持金属电极填埋窗口上方剩余的金属薄膜与顶绝缘层在同一水平高度；在金属源极、金属漏极和顶绝缘层上方制作钝化层，并制作出外接电路窗口和二硫化钥窗口 ；最后将二硫化钥转移到二硫化钥窗口上，并与金属源极和金属漏极相连接。
[0021]本发明具有以下有益效果:
[0022]1、与CMOS技术兼容。采用CMOS技术制作出金属源极和金属漏极。
[0023]2、多对金属源极和金属漏极提供了多组检测信号。
[0024]3、避免使用电子束光刻，降低生产成本。
[0025]4、制作出的器件可以重复循环使用。采用低功率等离子刻蚀办法将已有的二硫化钥去除后，可以继续转移二硫化钥到电极区域作为新的器件继续使用。
【附图说明】
[0026]图1显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法的工艺流程图。
[0027]图2?图3a显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法步骤1)中呈现的结构示意图。
[0028]图3b显示为本发明图3a俯视图。
[0029]图4显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法步骤2)中呈现的结构示意图。
[0030]图5显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法步骤3)中呈现的结构示意图。
[0031]图6?图7显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法步骤4)中呈现的结构示意图。
[0032]图8显示为本发明二硫化钥场效应管的制作方法步骤5)中呈现的结构示意图。
[0033]图9显示为本发明二硫化钥场效应管使用时外接电路示意图。
[0034]元件标号说明
[0035]S1 ?S5步骤
[0036]1基板
[0037]10硅基体
[0038]11顶绝缘层
[0039]110金属源极填埋窗口
[0040]111金属漏极填埋窗口
[0041]2金属薄膜
[0042]20金属源极
[0043]21金属漏极
[0044]3钝化层
[0045]30二硫化钥窗口
[0046]31金属源极外接窗口
[0047]32金属漏极外接窗口
[0048]4二硫化钥
【具体实施方式】
[0049]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0050]请参阅附图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0051]如图1所示，本发明提供一种二硫化钥场效应管的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤:
[0052]S1，提供一包括硅基体和顶绝缘层的基板，刻蚀所述顶绝缘层形成金属电极填埋窗口 ；
[0053]S2，在顶绝缘层和金属电极填埋窗口上方沉积金属薄膜；
[0054]S3，利用减薄的方法将顶绝缘层上方金属薄膜去除，得到金属源极和金属漏极；同时保持金属电极填埋窗口上方剩余的金属薄膜与顶绝缘层在同一水平高度；
[0055]S4，在金属源极、金属漏极和顶绝缘层上方制作钝