一种薄膜平面化的半导体工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体器件的制备领域，具体涉及一种薄膜平面化的半导体工艺。
【背景技术】
[0002]半导体器件的加工工艺主要分为平面工艺和体工艺，体工艺要求器件的尺寸足够大，且不利于精确控制加工尺寸，尤其在涉及到薄膜技术时，由于器件上的不同高度形成的台阶，会使薄膜跟台阶接触的断面下方有部分薄膜悬空，极易导致薄膜的断裂或破损，严重影响了器件的结构和稳定性。
[0003]石墨烯是一种具有零带隙、高迀移率、低电阻率和高透光性的新型碳材料，厚度只有0.34nm。利用其能带结构和相关性质，可以制成很多半导体领域的器件，而在器件的结构中，为了保证石墨烯薄膜和器件的完整接触，即保证石墨烯不会由于器件结构的高度差过大而断裂，需要使高度差降到最低。但如果减薄材料的沉积厚度，又会使后续一些工艺的稳定性受到影响，比如减少绝缘层的厚度会导致漏电现象，降低金属的厚度会使金属与衬底粘合性变差。
[0004]传统的石墨烯半导体器件的制作方法是先转移石墨烯到目标衬底上，然后对带有石墨烯的衬底进行电子束光刻和蒸发沉积金属。蒸发形成的金属虽然沉积速率高，然而不能沉积金属合金，同时蒸发出来的原子或分子的量较大且速度不稳定，这些都会导致金属与衬底的附着性变差，且整个过程容易对石墨烯的薄膜结构产生损坏。因此可以先用溅射的方法来制作金属结构，再将石墨烯转移到带有金属结构的衬底上，但此时如果溅射的金属过厚，与石墨烯的薄膜厚度相比悬殊过大，会导致石墨烯与金属无法完整接触，甚至在接触边缘断裂。
【发明内容】
[0005]器件结构上的高度差会导致石墨烯薄膜的破损或断裂，但一味地降低沉积材料的厚度又会给后续工艺带来诸多不利影响；先转移石墨烯，再用蒸发金属的方法制作结构，虽然沉积速率高，但不能沉积金属合金，且蒸发速度不稳定，会导致金属与衬底的附着性变差，整个过程也容易对石墨烯的薄膜结构产生损坏；如若改用另一种方法，即先溅射金属结构，再将石墨烯转移到带有金属结构的衬底上，这种方法也需要保证金属与石墨烯的薄膜厚度差不能相差太大，否则仍然会导致石墨烯与金属无法完整接触。
[0006]鉴于以上存在的问题，本发明提供了一种平面化薄膜工艺的方法，将光刻与溅射工艺相结合，并利用感应親合等离子体刻蚀(Inductively Coupled Plasma, ICP)技术，来保证石墨烯薄膜和金属结构的完整接触。在提高了金属和衬底的粘附性的同时，又不损坏石墨烯的薄膜结构，大大提高半导体器件的可靠性。
[0007]具体工艺步骤如下:
[0008]SI将带有绝缘介质层的硅片洗净后，准备光刻，此时绝缘介质层(2)在硅衬底(I)上，如图1-1、1-2所不；
[0009]S2光刻，光刻胶(3)在绝缘介质层(2)上，产生如图1-3结构的图形；
[0010]S3用光刻胶(3)作掩膜，ICP刻蚀，刻蚀凹槽，刻蚀后的结构如图1-4所示；
[0011]S4选择好刻蚀参数，在刻蚀完成后去胶，并用台阶仪测量所刻蚀凹槽的深度；
[0012]S5溅射金属，溅射的厚度为上一步测出的对应深度，则此时溅射的金属材料(4)刚好能填平步骤3所刻蚀的凹槽，如图1-5所示；
[0013]S6用有机溶液剥离掉多余的金属，这样就形成了图1-5所示的平面结构。
[0014]在涉及到的薄膜为石墨稀薄膜时，绝缘介质层(2)为300nm厚度的二氧化娃。
[0015]使用的光刻胶(3)为负胶，未被光刻胶(3)覆盖处是需要刻蚀出凹槽的部分。
[0016]所述刻蚀方法为干法刻蚀。
[0017]所用的有机溶液需确保溶解掉前面步骤中的光刻胶(3)。
[0018]经过上述的刻槽、填充步骤后，溅射的金属厚度与衬底基本保持在同一水平高度上，这样就可以使后面需要进行多个工艺步骤的薄膜在与台阶接触时，不会由于两者的高度差过大，而导致薄膜折断的问题产生。本发明的关键就是保证所刻蚀材料的凹槽深度与随后溅射的金属厚度相同。
【附图说明】
[0019]图1-1为带有绝缘层的硅衬底；
[0020]图1-2为甩胶，准备光刻图形；
[0021]图1-3为光刻出想要的图形；
[0022]图1-4为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀；
[0023]图1-5为溅射金属，厚度应与ICP刻蚀的厚度一致；
[0024]图1-6为剥离去掉多余部分金属；
[0025]图2-1为带有二氧化硅的硅衬底；
[0026]图2-2为甩胶，准备光刻图形；
[0027]图2-3为光刻出栅电极图形；
[0028]图2-4为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀栅凹槽；
[0029]图2-5为溅射与上一步刻蚀深度相同的金属合金Ti/Au厚度，作为栅电极；
[0030]图2-6为剥离去掉多余的金属部分后，只留下了需要的栅电极图形；
[0031 ]图2-7为生长300nm 二氧化硅；
[0032]图2-8为甩胶准备光刻源、漏电极；
[0033]图2-9为光刻完成后的源、漏电极图形；
[0034]图2-10为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀栅源、漏电极的凹槽；
[0035]图2-11为溅射与上一步刻蚀深度相同的金属合金Ti/Au厚度，作为源、漏电极；
[0036]图2-12为剥离完成后形成了所需要的源、漏电极结构；
[0037]图2-13为转移石墨烯薄膜；
[0038]图2-14为光刻完成后只留下需要的石墨烯图形；
[0039]图3-1为带有300nm 二氧化硅的硅片；
[0040]图3-2为甩胶后准备光刻；
[0041]图3-3为光刻出的栅电极图形；
[0042]图3-4为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀出来的栅电极凹槽；
[0043]图3-5为溅射与上一步刻蚀深度相同的金属合金Ti/Au的厚度作为栅电极；
[0044]图3-6为剥离去掉多余的金属部分后，只留下了需要的栅电极图形；
[0045]图3-7为生长30nm的二氧化硅；
[0046]图3-8为甩胶，准备光刻源、漏电极图形；
[0047]图3-9为光刻产生的源、漏电极图形；
[0048]图3-10为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀出来的源、漏电极的凹槽；
[0049]图3-11为溅射与上一步刻蚀深度相同的金属合金Ti/Au的厚度，作为源、漏电极；
[0050]图3-12为剥离完成后，只剩下了需要的源、漏电极结构；
[0051]图3-13为转移石墨烯；
[0052]图3-14为光刻完成后，只留下了所需要的石墨烯图形；
[0053]图4-1为带有300nm 二氧化硅的硅片；
[0054]图4-2为甩胶后准备光刻；
[0055]图4-3为光刻出电极图形；
[0056]图4-4为以光刻胶作掩膜，ICP刻蚀出电极的凹槽；
[0057]图4-5为溅射与上一步刻蚀深度相同的金属合金Ti/Au的厚度；
[0058]图4-6为完成后，留下了需要的电极结构；
[0059]图4-7为转移石墨烯；
[0060]图4-8为光刻留下所需要的石墨烯图形结构；
[0061]图中:1、硅衬底，2、绝缘介质层，3、光刻胶，4、溅射的金属材料，5、石墨烯。
【具体实施方式】
[0062]本发明的实施通过以下三个实施例给予说明。
[0063]实施例1:应用到石墨烯的光电探测器中
[0064]SI将带有绝缘介质层的硅片洗净后，光刻形成栅电极的图形，如图2-1、2-2、2_3所示；
[0065]S2用器件上面的光刻胶作掩膜，ICP刻蚀50s，刻蚀后的结构如图2_4所示；
[0066]S3选择好刻蚀参数，在刻蚀完成后去胶，并用台阶仪测量所刻蚀的深度，约为90nm ；
[0067]S4考虑到测量误差，决定溅射金属Ti/Au 15/70nm，此时金属的厚度大致能填平步骤3所刻蚀的凹槽，如图2-5所示；
[0068]S5剥离掉多余金属部分，剥离完成后如图2-6，图2-6中的溅射的金属材料(4)即为栅电极；
[0069]S6PECVD生长300nm S12作为绝缘层，如图2-7 ；
[0070]S7甩胶，如图2-8，准备光刻源、漏电极图形；
[0071]S8光刻完成后的源、漏电极图形，如图2-9所示；
[0072]S9与刻蚀栅电极凹槽的步骤类似，仍然用光刻胶作掩膜，ICP刻蚀3min，刻蚀后的结构如图2-10所示；
[0073]SlO刻蚀完成后去胶，用台阶仪测量所刻蚀的深度约为300nm ；
[0074]SI I为了使溅射的Ti/Au能填满凹槽，并考虑到误差，决定实际溅射Ti/Au100/290nm，如图 2-11 ；
[0075]S12剥离掉多余的金属部分，只留下源、漏电极结构，如图2-12。这样就完成了石墨烯光电探测器的器件结构，将石墨烯转移到器件上。
[0076]S13采用CVD方法在Cu片上生长石墨烯，在石墨烯上