一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法技术

本发明专利技术属于场效应晶体管领域，具体涉及一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，在衬底上依次沉积Au薄膜和金属薄膜；在惰性气体中退火；暴露于硫属元素的蒸汽中进行二维材料的生长；再沉积一层Au薄膜；将三层薄膜转移至柔性衬底表面，切成薄片；将薄片用高分子柔性材料包裹并固化，切成薄片；将薄片转移到基板表面，形成超短间距的金属电极对；使用脉冲激光对超短间距的金属电极对进行处理；在另一基片依次沉积高k栅介质材料和二维材料；将超短间距金属电极对转移到二维材料表面形成背栅电极场效应晶体管。通过控制所沉积薄膜的厚度能够有效的调控纳米沟道的长度，操作简单，利用激光冲击金属电极对使金属发生变形能够进一步减小沟道长度。

【技术实现步骤摘要】
一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法
本专利技术属于场效应晶体管领域，具体涉及一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法。
技术介绍
集成电路芯片作为现代电子信息技术的基础，具有功能强、功耗低、速度快和成本低的特点。戈登·摩尔先生曾经对半导体行业的发展做出了预测，即著名的摩尔定律。在最初的几十年中，集成电路的发展基本遵循摩尔定律。摩尔定律能够生效的前提就是器件能够持续小型化，即器件的沟道长度不断缩小。当器件特征尺寸不断地按比例缩小时，载流子在沟道中传输时几乎不会遇到散射，称之为弹道输运。因此，如何缩小晶体管沟道的长度，提升弹道输运效率，使集成电路芯片能支持越来越多的功能，同时降低芯片的成本、提高电路的等效集成度已经成为场效应晶体管领域技术研究人员的研究重点。在晶体管制造工艺中，如何减小两金属电极之间的间隙是实现短沟道长度的关键。现有技术在制备晶体管沟道时，不论是光刻技术还是直接加工的方法都存在了困难。制造亚十纳米级的小尺寸沟道，已经超出了绝大多数设备的极限。另外，即便可以制备超短沟道，成本和质量也不易控制。目前一台高分辨率的光刻机的成本在1亿美金以上。简单有效地制造亚十纳米间隙仍然是一个挑战，有必要开发低成本地制造大面积纳米间隙的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，为突破摩尔定律带来的物理极限，推动半导体产业的发展提供了一条新的道路。本专利技术实现目的所采用的方案是：一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，包括以下步骤：(1)在衬底上依次沉积Au薄膜和金属薄膜；(2)将沉积的金属薄膜和Au薄膜在惰性气体中退火；(3)将退火后的样品暴露于硫属元素的蒸汽中进行二维材料的生长；(4)将步骤(3)中得到的样品再沉积一层Au薄膜；(5)将三层薄膜转移至柔性衬底表面，再将其切成薄片；(6)将步骤(5)中切下的薄片用高分子柔性材料包裹并固化，再将其切成薄片；(7)将步骤(6)中切下的薄片转移到基板表面，去除多余的高分子柔性材料和位于三层薄膜中间的二维材料层，形成金属电极对；(8)使用脉冲激光冲击的方法对转移到基片表面的金属电极对进行处理，进一步减小金属电极对之间的间距，得到超短间距金属电极对；(9)在另一基片表面依次沉积高k栅介质材料和二维材料；(10)将步骤(8)得到的超短间距金属电极对转移到步骤(9)中的二维材料表面形成背栅电极场效应晶体管；其中，步骤(1)-(8)与步骤(9)之间不分先后。优选地，所述步骤(1)中，沉积的金属薄膜为Mo、W、Co或Fe，厚度为5-10nm；沉积的Au薄膜厚度为100-200nm。优选地，所述步骤(2)中，退火的温度为800-900℃，退火时间为20-60min，惰性气体为氩气、氖气或氦气。优选地，所述步骤(3)中，硫属元素为S、Se或Te。优选地，所述步骤(4)中，沉积的Au薄膜厚度为100-200nm。优选地，所述步骤(5)中，薄片的宽度为1-2mm。优选地，所述步骤(6)中，纳米切削的方式切成薄片，薄片的厚度为20-100nm，高分子柔性材料为环氧树脂。优选地，所述步骤(7)中，采用刻蚀的方式去除多余的高分子柔性材料和二维材料层。优选地，所述步骤(8)中，使用脉冲激光冲击的方法具体为：在金属电极对表面转移二维介电材料作为隔离层，在所述隔离层表面依次覆盖吸收层和透光层，利用脉冲激光垂直照射透光层，进一步减小金属电极对之间的间距，得到超短间距金属电极对；脉冲激光波长为1064nm，脉冲宽度为1-30ns，频率为1-10Hz，激光通量为10-20kJ/cm2，照射时间为1s；超短间距金属电极对之间的间距为1-5nm。优选地，所述步骤(9)中，高k栅介质材料为HfO2，厚度为10-20nm；二维材料为MoS2或MoSe2，厚度为0.3-3nm。本专利技术具有以下优点和有益效果：本专利技术的薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，利用物理或化学等沉积方式沉积三明治结构的三层薄膜并将其转移到柔性基底上，通过纳米切削的方式切成几十纳米厚度的薄片后并转移到基片表面，经过刻蚀工艺去除三明治结构的中间薄膜层可获得金属电极对，再通过激光冲击的方式能进一步精确可控地减小金属电极对之间的间距，得到的亚十纳米间距的金属电极对可用于制造超精细晶体管，本专利技术方法为突破现有技术制造超短沟道的晶体管提供了新的解决办法，为半导体产业的发展提供了一条新的道路。本专利技术与现有技术相比，具有如下显而易见的实质性特点和显著优点：通过控制所沉积薄膜的厚度能够有效的调控纳米沟道的长度，操作简单，通过激光冲击金属薄膜使金属发生变形能够进一步精确地减小沟道长度；通过这种方法能够突破现有光刻技术的限制，降低生产成本，易于工业化生产。附图说明图1为本实施例步骤2的操作示意图；图2为本实施例步骤4的操作示意图；图3为本实施例步骤7的操作示意图；图4为本实施例步骤8的操作示意图；图5为本实施例步骤8的另一操作示意图；图6为本实施例步骤8的又一操作示意图；图7为本实施例步骤9的操作示意图；图8为本实施例步骤9的另一操作示意图；图9为本实施例步骤10的操作示意图；图10为本实施例步骤12的操作示意图。图中，1、衬底；2、Au薄膜；3、金属薄膜；4、MoS2二维材料层；5、Au层；6、PMMA薄片；7、模具；8、包裹有三明治结构薄膜的环氧树脂；9、超薄切片机；10、包裹有三明治结构薄膜的超薄环氧树脂切片；11、硅片；12、金属电极对；13、隔离层；14、吸收层；15、透光层；16、超短间距金属电极对；17、基片；18、高k栅介质材料；19、MoS2层。具体实施方式为更好的理解本专利技术，下面的实施例是对本专利技术的进一步说明，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施例。本专利技术中涉及的转移、刻蚀、沉积方式、衬底及基片都是现有技术，不属于本专利技术的创新点，在此仅做应用。刻蚀方法包括但不限定为氧等离子体刻蚀、氢等离子体刻蚀等。转移包括但不限定为干法转移或湿法转移等。沉积方式包括但不限定为原子层沉积、化学气相沉积、磁控溅射、电子束沉积、脉冲激光沉积、物理气相沉积等。(1)将蓝宝石衬底1在丙酮、酒精、去离子水中反复清洗并用氮气烘干；(2)使用物理气相沉积在蓝宝石衬底1的表面依次沉积厚度为100nm的Au薄膜2和厚度约为5nm的Mo金属薄膜3，如图1所示；(3)将沉积好的Au薄膜2和金属薄膜3放入退火炉中在氩气中退火30min，温度控制在850℃；(4)将退火后的样品取出并放置于管式炉中，使薄膜暴露在S蒸汽中10min以形成MoS2二维材料层4；再使用物理气相沉积的方法在MoS2二维材料层4的表面沉积一层Au层5，厚度为100nm，形成Au/MoS2/Au三明治结构的薄膜，如图2所示；(5)使用旋涂仪在三明治结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)在衬底上依次沉积Au薄膜和金属薄膜；/n(2)将沉积的金属薄膜和Au薄膜在惰性气体中退火；/n(3)将退火后的样品暴露于硫属元素的蒸汽中进行二维材料的生长；/n(4)将步骤(3)中得到的样品再沉积一层Au薄膜；/n(5)将三层薄膜转移至柔性衬底表面，再将其切成薄片；/n(6)将步骤(5)中切下的薄片用高分子柔性材料包裹并固化，再将其切成薄片；/n(7)将步骤(6)中切下的薄片转移到基板表面，去除多余的高分子柔性材料和位于三层薄膜中间的二维材料层，形成金属电极对；/n(8)使用脉冲激光冲击的方法对转移到基片表面的金属电极对进行处理，进一步减小金属电极对之间的间距，得到超短间距金属电极对；/n(9)在另一基片表面依次沉积高k栅介质材料和二维材料；/n(10)将步骤(8)得到的超短间距金属电极对转移到步骤(9)中的二维材料表面形成背栅电极场效应晶体管；/n其中，步骤(1)-(8)与步骤(9)之间不分先后。/n

【技术特征摘要】
1.一种薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在衬底上依次沉积Au薄膜和金属薄膜；
(2)将沉积的金属薄膜和Au薄膜在惰性气体中退火；
(3)将退火后的样品暴露于硫属元素的蒸汽中进行二维材料的生长；
(4)将步骤(3)中得到的样品再沉积一层Au薄膜；
(5)将三层薄膜转移至柔性衬底表面，再将其切成薄片；
(6)将步骤(5)中切下的薄片用高分子柔性材料包裹并固化，再将其切成薄片；
(7)将步骤(6)中切下的薄片转移到基板表面，去除多余的高分子柔性材料和位于三层薄膜中间的二维材料层，形成金属电极对；
(8)使用脉冲激光冲击的方法对转移到基片表面的金属电极对进行处理，进一步减小金属电极对之间的间距，得到超短间距金属电极对；
(9)在另一基片表面依次沉积高k栅介质材料和二维材料；
(10)将步骤(8)得到的超短间距金属电极对转移到步骤(9)中的二维材料表面形成背栅电极场效应晶体管；
其中，步骤(1)-(8)与步骤(9)之间不分先后。


2.根据权利要求1所述的薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，沉积的金属薄膜为Mo、W、Co或Fe，厚度为5-10nm；沉积的Au薄膜厚度为100-200nm。


3.根据权利要求1所述的薄膜层用于制造超精细晶体管的方法，其特征在于：所述步骤(2)中，退火的温度为800-900℃，退火时间为20-60min，惰性气体为氩气、氖气或氦气。


4.根据权利要求1所述的薄膜层用于制造超精...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡耀武，黄正，何亚丽，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42