本申请要求了 2013年 6月 25日提交的、 申请号为 201310254601.0、名称 为 "降低二维晶体材料接触电阻的方法" 的中国专利申请的优先权， 其全部内 容通过引用结合在本申请中。 技术领域

本公开一般地涉及半导体制造领域， 更具体地， 涉及一种降低二维晶体材 料接触电阻的方法和设置。

背景技术

集成电路及微机械技术高速发展， 近年来新材料、新工艺和新器件不断的 涌现， 尤其是新型材料得到了更加广泛的关注。二维 晶体材料自从问世就得到 了广泛的关注，现有的二维晶体材料例如石墨 烯、过渡金属的二硫化物以及锗 烯等，其具有优良的电学特性，主要应用于制 造场效应管以及微机械传感器等。

然而，在这些二维晶体材料在应用时， 都不可避免的会遇到与其他材料之 间的接触电阻的问题， 而降低接触电阻正是更好的发挥其优良电学特 性的关 键。 例如， 对于石墨烯材料， 由于其在室温下具有超高的载流子迁移率， 而被 用于沟道材料制作晶体管， 然而石墨烯与其他材料的接触电阻不能被有效 降 低， 接触电阻在长沟道器件时可以有比较高的容忍 度， 但是对于短沟道器件， 接触电阻的大小与沟道电阻大小相当时则会极 大的影响器件的性能。石墨烯与 其他材料的接触电阻已经成为石墨烯器件缩小 尺寸、提高性能的一个主要限制 因素。 发明内容

本公开的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一 ，提供一种利于降低二维晶 体材料与其他材料之间接触电阻的方法及设置 。

根据本公开的一个方面， 提供了一种方法， 包括： 在二维晶体材料层上形 成接触材料层； 进行离子注入； 以及进行热退火。 根据本公开的另一方面， 提供了一种设置， 包括： 二维晶体材料层及在其 上形成的接触材料层。在二维晶体材料层与接 触材料层之间的界面处， 由二维 晶体材料中的空位、 接触材料和注入离子相互作用 （例如， 成键）而形成低阻 态。

根据本公开的实施例， 经由接触材料层， 进行离子注入， 并且施加退火工 艺， 有效降低了二维晶体材料与接触材料之间的接 触电阻。

附图说明

本公开技术上述的和 /或附加的方面和优点从下面结合附图对实施� �的描 述中将变得明显和容易理解， 其中：

图 1 示出了根据本公开实施例的降低二维晶体材料 与接触材料之间的接 触电阻的方法的流程图；

图 2-图 7示出了根据本公开实施例的设置的多个形成� �段的截面示意图。 具体实施方式

下面详细描述本公开的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自 始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元 件或具有相同或类似功能的元 件。 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的， 仅用于解释本公开， 而不能 解释为对本公开的限制。

根据本公开的实施例，为了降低二维晶体材料 层与接触材料层之间的接触 电阻，可以进行离子注入。 离子轰击二维晶体材料层，并可以在其中产生 空位。 之后， 可以进行热退火。 例如， 热退火的温度可以为约 350 °C -500 °C , 热退火 的时间可以为约 1-30分钟。 热退火有效地使注入后的空位与接触材料层的 材 料以及注入离子相互作用而形成低阻态。例如 ， 空位与接触材料层的材料以及 注入离子可以相互作用而成键， 形成的化学键可以对接触界面进行修饰，从而 降低接触电阻。

离子注入可以经由接触材料层进行。 由于经由接触材料层来进行离子注 入， 所以可以通过控制接触材料层的材料种类、厚 度以及注入的离子类型、 能 量和剂量中的一项或多项， 来调节注入离子对二维晶体材料的轰击效果， 并且 可以调节停留在界面处的注入离子密度，进而 有效控制接触材料层与二维晶体 材料层之间的接触电阻。

也可以先进行离子注入， 再形成接触材料层。可以通过控制注入的离子 类 型、能量和剂量中的一项或多项，来调节注入 离子对二维晶体材料的轰击效果， 并且可以调节停留在界面处的注入离子密度， 进而有效控制接触材料层与二维 晶体材料层之间的接触电阻。

二维晶体材料层可以设于衬底上。例如，二维 晶体材料层可以设于半导体 衬底上， 以制造半导体器件。 当然， 本公开不限于此， 衬底可以包括各种形式 的导体或绝缘体衬底。 可以根据所需制造的器件， 来选择特定类型的衬底。

根据本公开的实施例， 可以对接触材料层进行构图， 例如， 构图为接触部 图案。这种构图例如可以通过光刻技术来实现 。在接触材料层被构图的情况下， 离子注入可以局限于构图的接触材料层所在的 区域，以避免对其他区域的二维 晶体材料层造成影响。这种局域化的离子注入 例如可以通过掩膜层来实现 (例 如， 通过掩膜层遮蔽不需要进行注入的区域）。

为了简化工艺，特别是避免额外增加掩膜版和 刻蚀工艺， 上述接触材料层 的构图和局域化离子注入可以结合实现。例如 ， 可以在二维晶体材料层上形成 构图的掩膜层。掩膜层的图案可以对应于接触 部图案， 例如， 掩膜层可以遮蔽 二维晶体材料层上无需形成接触材料层的区域 ，而掩膜层中的开口可以露出二 维晶体材料层上需要形成接触材料层的区域。 可以在其上形成有掩膜层的二维 晶体材料层上形成预备接触材料层。预备接触 材料层位于掩膜层顶部的部分在 之后可以去除； 而预备接触材料层在掩膜层开口中的部分覆盖 二维晶体材料 层， 并由此可以构成接触材料层。 在这种情况下， 可以在存在掩膜层的情况下 经由预备接触材料层进行离子注入。 由于掩膜层的存在， 离子注入可以基本上 不影响掩膜层覆盖的区域。 随后， 可以去除掩膜层， 并一同去除其上的预备接 触材料层部分。 留下的预备接触材料层部分（即， 上述位于掩膜层开口中的部 分）可以形成构图的接触材料层。

掩膜层可以包括光刻胶。 此时， 可以釆用剥离工艺等， 一起去除掩膜层及 其上的预备接触材料层部分。 或者， 掩膜层可以包括硬掩膜。 此时， 可以釆用 湿法刻蚀腐蚀掩膜层， 并因此去除其上的预备接触材料层部分。 在二维晶体材料层上形成图案化的掩膜层之后 ，且在掩膜层及二维晶体材 料层上形成接触材料层之前， 该方法还可以包括进行热退火。这种退火可以 清 洁二维晶体材料层的表面。

本公开的技术可以多种形式呈现。以下将结合 图 1和 2对一具体示例进行 详细的描述。

在 S01 , 可以提供衬底 200, 所述衬底 200上具有二维晶体材料层 202 , 如图 2所示。

衬底 200 可以包括任意需要转移如石墨烯等二维晶体材 料并作为金属接 触的衬底， 或其他衬底， 例如单晶硅、 多晶硅、 非晶硅、 锗， 硅锗、 碳化硅、 锑化铟、 碲化铅、 砷化铟、 磷化铟、 砷化镓或锑化镓等合金半导体或其他化合 物半导体。 衬底 200还可以包括叠层半导体结构， 例如 Si/SiGe、 绝缘体上硅 ( SOI )或绝缘体上硅锗 ( SGOI )。

二维晶体材料层包括二维晶体材料， 即为单原子层或分子层的材料， 例如 石墨烯、 过渡金属的二硫化物以及锗烯等。

在本实施例中，二维晶体材料层可以包括石墨 烯。 可以利用化学气相淀积 ( CVD )、 热分解法、 微机械剥离法， 以及他们的键合转移法或其他合适的方 法来形成单层或多层的石墨烯材料。

在 S02 , 可以在二维晶体材料层 202上形成图案化的掩膜层 204, 如图 3 所示。

在本实施例中， 掩膜层 204可以包括硬掩膜， 例如氮化硅、 三氧化二铝或 二氧化硅等的硬掩膜。 可以通过淀积掩膜材料层而后图案化来形成该 掩膜层 204。 例如， 可以在淀积的掩膜材料层上形成光刻胶， 并通过曝光、 显影等对 光刻胶构图。 之后， 可以该构图的光刻胶为掩模， 对掩膜材料层进行刻蚀如， 从而形成掩膜层 204。 在形成硬掩膜后， 还可以进行热退火工艺， 以清洁二维 晶体材料层 202的表面。

在另一实施例中， 该掩膜层 204可以包括光刻胶。 例如， 可以通过涂胶、 前烘、 曝光、 显影等步骤形成图案化的光刻胶掩膜层。

在 S03 , 可以在形成有掩膜层 204的二维晶体材料层 202上形成接触材料 层，该接触材料层可以包括位于掩膜层 204顶部的部分 206-1以及位于掩膜层 204开口中的部分 206-2, 如图 4所示。

接触材料层部分 206-2可以与二维晶体材料层 202相接触，例如以控制电 压、 导出电流等等。 通常， 接触材料层 （206-1 , 206-2 )可以包括导体材料。 在本实施例中， 接触材料层可以包括金属材料， 例如 Ti、 Pd、 Ni、 Cr、 Pt、 W、 Cu等。 可以通过蒸发、 溅射或其他合适的方法来形成接触材料层， 其厚度范 围由后期器件工艺要求决定。

在 S04, 可以进行离子注入， 如图 5所示。

可以根据具体的需要选择合适的离子和注入方 式进行离子注入。

在本实施例中， 注入离子可以包括碑离子， 注入剂量可以为 4el5 , 注入 能量可以由接触材料层的材料和厚度决定。但 是， 注入离子和注入剂量不局限 于此， 可以 4艮据需求选取合适的离子类型和注入剂量。

在 S05 , 可以去除掩膜层 204及其上的接触材料层部分 206-1 , 如图 6所 示。

在本实施例中，在掩膜层包括硬掩膜如二氧化 硅时， 可以通过湿法刻蚀如 氢氟酸（HF )溶液腐蚀去除硬掩膜， 进而去除其上的接触材料层。

在另一实施例中，掩膜层包括光刻胶时， 可以通过剥离工艺一并去除掩膜 层 204及其上的接触材料层部分 206-1。 具体的， 例如利用丙酮等剥离溶剂光 刻胶掩膜层 204溶解， 其上的接触材料层部分 206-1也随其一同剥离， 从而一 起去除了掩膜层 204及其上的接触材料层部分 206-1。

在 S06, 可以进行热热退火。

在离子注入和剥离掩膜层及其上的接触材料层 部分后， 还可以进行热退 火， 在本实施例中， 热退火的温度可以为约 350 °C-500°C , 热退火的时间可以 为约 30分钟。 热退火可以有效的使注入后的空位与接触材料 和注入离子相互 作用 （例如， 成键）进而降低接触电阻。

于是， 得到了这样一种设置。 如图 6所示， 该设置可以包括二维晶体材料 层 202及在其上形成的接触材料层 206-2。 接触材料层 206-2可以是构图的， 例如形成对二维晶体材料层 202的接触部。在二维晶体材料层 202与接触材料 层 206-2之间的界面处， 二维晶体材料层中的空位、 接触材料层的材料和注入 离子可以相互作用从而形成低阻态。 例如， 空位、接触材料层的材料和注入离 子可以成键，这种键可以降低二维晶体材料层 202与接触材料层 206-2之间的 接触电阻。

在如上所述完成接触后， 可以根据器件实际需求进行后续器件加工工艺 ， 例如进一步对二维晶体材料层 202进行图形化， 参考图 7所示。

在以上的实施例中，尽管在形成接触材料层之 后经由接触材料层来进行离 子注入。 但是， 本公开不限于此。 例如， 可以先进行离子注入， 再形成接触材 料层。 具体地， 可以在如图 3所示形成掩膜层 204之后， 进行离子注入； 再如 图 4-7所示形成接触材料层（省略图 5中所示的离子注入）。

以上所述，仅是本公开的实施例而已 ,并非对本公开作任何形式上的限制。 虽然本公开已以实施例披露如上， 然而并非用以限定本公开。任何熟悉本 领域的技术人员， 在不脱离本公开技术方案范围情况下， 都可利用上述揭示的 方法和技术内容对本公开技术方案作出许多可 能的变动和修饰 ,或修改为等同 变化的等效实施例。 因此， 凡是未脱离本公开技术方案的内容， 依据本公开的 技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化及修饰， 均仍属于本公 开技术方案保护的范围内。