采用二維石墨烯薄膜提高電子束納米柵刻寫中襯底導電性的方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于微電子技術領域，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電性的方法。
【背景技術】
[0002]經過二十多年的快速發展，以柵長為最小特性尺寸的化合物半導體已經進入了納米器件時代，對柵光刻技術提出了更高的要求。目前，200nm以下的光刻機售價昂貴，維護成本高，而化合物半導體以研發和小批量生產為主，更新換代的速度要遠快于硅，因此性價比較高的電子束曝光技術成為其最佳選擇。
[0003]與光刻技術不同，高能電子束打到襯底表面后若不能被及時導走會產生電荷的積累，積累的電荷產生電場，束斑在受到電場的作用下會發生偏轉，從而影響到電子束設備對標記的識別和刻寫的精度。在電荷積累嚴重的情況下，甚至由于不能識別標記而無法正常進行電子束刻寫。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電性，但是在經過隔離工藝后導電區域變成了一個個孤立的小島，無法形成連續的導電通道，整個襯底表面的導電性能大幅度下降。
[0004]目前提高襯底表面導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一層金屬，另一種是抗蝕劑表面旋涂一層導電涂層。這兩種方法的共同特點是導電層在電子束抗蝕劑的上面，在顯影之前需要通過濕法去除。而濕法去除并不適合所有的抗蝕劑，在濕法去除導電層后有的抗蝕劑會無法正常顯影，有的抗蝕劑顯影后會出現浮膠現象。導電涂層中的導電溶質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，目前還沒有很好的既能提高電子束刻寫中襯底表面導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、高導電性的特點，對電子束抗蝕劑的曝光和顯影沒有影響，非常適合用來提高電子束刻寫中襯底表面的導電性。
【發明內容】
[0005]發明目的:本發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程中由于襯底表面導電性差導致的電荷積累問題。該方法的應用有利于提高電子束的套刻精度，特別適合化合物半導體上電子束納米柵的制備，且兼容絕大多數電子束抗蝕劑。
[0006]技術手段:為實現上述技術目的，本發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電性的方法，其特征在于，包括如下步驟:
[0007](I)用常規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)轉移載體；
[0008](2)將步驟(I)得到的石墨烯材料中轉移載體朝上Cu朝下置于腐蝕液中，樣品在水的張力下會漂浮于液體上方，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)得到的樣品轉移至目標襯底，通過用目標襯底將樣品從水中撈起，低溫烘烤以排盡殘留的水，使樣品緊貼于目標襯底之上；
[0011](5)將步驟(4)得到的樣品浸泡入有機溶液中去掉轉移載體，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，優選沉底為金屬Cu。
[0017]優選地，步驟(2)中所述的腐蝕液為三氯化鐵、過硫酸銨、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。可以根據需要選擇合適的目標沉底。
[0019]步驟(5)中，所述的有機溶液包括丙酮、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MicroChem Corp)、MMA(美國MicroChem Corp)、ZEP520(日本ZEON CORPORAT1N)、AR-P 6200(德國Allresist公司)、UV135(美國Shipley 公司)、UV5(美國Shipley 公司)、UVIII (美國 Shipley 公司)、UVN(美國Shipley公司)、PMGI (美國MicroChem Corp)、LOR(美國MicroChem Corp)、HSQ(美國DowComing公司)、ARN7520(德國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中的一種或多種復合結構及合金。柵金屬根據不同的半導體類型和器件結構按照本領域的常規經驗進行選擇。
[0023]有益效果:與在電子束表面采用導電金屬和導電涂層相比，其顯著優點為:
[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，對抗蝕劑電子束曝光和顯影沒有影響；
[0025](2)石墨烯的去除方便，去除過程對電子束抗蝕劑沒有影響或者影響很小；
[0026](3)該方法兼容絕大多數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的滑膠現象。
【附圖說明】
[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電性的流程示意圖。【具體實施方式】
[0029]本發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電性的方法，通過將二維石墨烯轉移技術與電子束刻寫技術結合，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)樣品轉移至去離子水清洗掉腐蝕液中帶出的殘留離子；
[0033]4)通過用目標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，并進行電子束曝光及顯影；
[0036]7)去除電子束曝光顯影后顯露區域的石墨烯；
[0037]8)進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需要進行選擇，并無嚴格限定。
[0040]優選地，步驟(2)中所述的腐蝕液為三氯化鐵、過硫酸銨、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。目標襯底的材料可以根據需要進行選擇，并無嚴格限定。
[0042]步驟5)中，所述的有機溶液包括丙酮、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需要進行選擇，如PMMA(美國MicroChemCorp)、MMA(美國MicroChem Corp)、ZEP520(日本ZEON CORPORAT1N) ^AR-P 6200(德國Al Iresist 公司)、UV135(美國 Shipley 公司)、UV5(美國 Shipley 公司)、UVIII(美國 Shipley公司)、UVN(美國ShiPIey公司)、PMGI (美國MicroChem Corp)、LOR(美國MicroChem Corp)、HSQ(美國Dow Corning公司)、ARN7520(德國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中的一種或多種復合結構及合金。柵金屬的種類也可以根據需要進行選擇。
[0046]下面通過具體的實施例詳細說明本發明，然而本發明的保護范圍并不限于下述實施例，本領域技術人員可以根據技術方案中的表述選擇目標襯底、腐蝕液、電子束抗蝕劑等成分實現提高電子束