一种低成本大面积石墨烯图形化方法技术

本发明专利技术属于半导体加工技术领域，具体涉及一种低成本大面积石墨烯图形化方法，包括下列步骤：S1、在转移了石墨烯薄膜的衬底表面沉积一层铝金属作掩膜；S2、旋涂一层光刻胶并光刻，以便图形化铝金属掩膜；S3、刻蚀石墨烯；S4、清洗剩余光刻胶及腐蚀剩余铝金属掩膜。本发明专利技术使用金属掩膜隔开石墨烯与光刻胶，避免了石墨烯与光刻胶直接接触导致光刻胶残留。得到的石墨烯表面更清洁一致。大面积石墨烯中，清洁一致的表面保证了其电学、力学等特性的一致性，故在大面积石墨烯图形化中适用。本发明专利技术使用铝金属材料作为掩膜材料，其材料成本低，在大面积石墨烯图形化中额外增加的材料成本有限。石墨烯图形化中额外增加的材料成本有限。石墨烯图形化中额外增加的材料成本有限。

【技术实现步骤摘要】
一种低成本大面积石墨烯图形化方法


[0001]本专利技术属于半导体加工
，具体涉及一种低成本大面积石墨烯图形化方法。

技术介绍

[0002]石墨烯薄膜是一种单层碳原子紧密堆积成蜂窝状晶格结构的新型二维材料。其在力学、电学、热力学等方面具有很多优良特性，表现在其强度高、韧性好、载流子迁移率高、热传导系数高等。利用石墨烯薄膜材料的这些优良特性，开发出了多种新型传感器及高性能晶体管。
[0003]制作这些器件都需要图形化石墨烯。图形化石墨烯通常采用在石墨烯上旋涂光刻胶，然后使用掩膜版光刻及等离子体图形化石墨烯的方法。由于光刻胶直接接触石墨烯且石墨烯具有较强的吸附特性，光刻胶不可避免地残留在石墨烯上，严重影响器件的性能。
[0004]目前，为清洗石墨烯上残留的光刻胶，采用紫外线臭氧处理、等离子体清洗等方法处理，但这些方法不仅成本高昂、且无法完全地清除残留光刻胶，有的甚至会引起石墨烯薄膜缺陷。为了避免光刻胶残留以及石墨烯损伤，许多新方法被提出，不再着眼于如何清洗石墨烯以去除光刻胶，而是避免光刻胶与石墨烯接触。专利号为：ZL201610546722.6的专利技术专利公开一种控制氧激子方向性运动，从而调控刻蚀石墨烯得到石墨烯图形的方法，虽然该方法无须使用光刻工艺处理石墨烯，有效避免了光刻胶的残留，但是氧激子具有控制精确度不高、图形化速率慢的缺点，导致石墨烯图形精度低甚至还会给石墨烯带来损伤，且该方法需要额外的刻蚀设备，增加了成本，有着较大的局限性。

技术实现思路

[0005]针对上述现有的石墨烯刻蚀方法容易导致石墨烯图形精度低甚至还会给石墨烯带来损伤，且该方法需要额外的刻蚀设备，增加了成本，有着较大的局限性的技术问题，本专利技术提供了一种成本低、工艺简单、能大面积图形化石墨烯，且石墨烯表面更清洁一致的低成本大面积石墨烯图形化方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：
[0007]一种低成本大面积石墨烯图形化方法，包括下列步骤：
[0008]S1、在转移了石墨烯薄膜的衬底表面沉积一层铝金属作掩膜；
[0009]S2、旋涂一层光刻胶并光刻，以便图形化铝金属掩膜；
[0010]S3、刻蚀石墨烯；
[0011]S4、清洗剩余光刻胶及腐蚀剩余铝金属掩膜。
[0012]所述S1中沉积一层铝金属作掩膜的方法为：转移石墨烯薄膜到衬底上，使用蒸发的方式在石墨烯薄膜上沉积一层铝金属掩膜。
[0013]所述蒸发的方式采用电子束蒸发或热蒸发，所述铝金属掩膜的沉积厚度范围为5
‑
40nm。
[0014]所述S1中的衬底采用硅、玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅或柔性材料，所述衬底上沉积有二氧化硅层或氮化硅层。
[0015]所述S2中旋涂一层光刻胶并光刻的方法为：在铝金属掩膜表面旋涂一层光刻胶，光刻并显影光刻胶后得到光刻胶图形，然后刻蚀铝金属掩膜得到铝金属掩膜图形。
[0016]所述光刻胶采用AZ5214E正光刻胶或AZ P4620正光刻胶，所述显影光刻胶采用减缓铝腐蚀的复合有机碱显影液。
[0017]所述刻蚀铝金属掩膜的方法为：使用三氯化硼和氯气金属干法刻蚀铝金属掩膜得到铝金属掩膜图形。
[0018]所述S3中刻蚀石墨烯的方法为：采用氧等离子体刻蚀石墨烯薄膜得到石墨烯图形。
[0019]所述S4中清洗剩余光刻胶的方法为：使用丙酮50℃水浴加热5分钟及无水乙醇50℃水浴加热3分钟清洗光刻胶图形。
[0020]所述S4中腐蚀剩余铝金属掩膜的方法为：采用铝腐蚀溶液腐蚀剩余的铝金属掩膜，所述铝腐蚀溶液采用稀盐酸、磷酸或稀四甲基氢氧化铵
[0021]本专利技术与现有技术相比，具有的有益效果是：
[0022]1、本专利技术使用金属掩膜隔开石墨烯与光刻胶，避免了石墨烯与光刻胶直接接触导致光刻胶残留。得到的石墨烯表面更清洁一致。大面积石墨烯中，清洁一致的表面保证了其电学、力学等特性的一致性，故在大面积石墨烯图形化中适用。
[0023]2、本专利技术使用铝金属材料作为掩膜材料，其材料成本低，在大面积石墨烯图形化中额外增加的材料成本有限。
[0024]3、本专利技术使用电子束蒸发、热蒸发等方式沉积铝金属，这种方法不仅适用于各种尺寸包括大尺寸晶圆表面的金属生长，而且设备操作简单、成本低廉，还不会损伤石墨烯表面。
[0025]4、本专利技术使用三氯化硼、氯气金属干法刻蚀铝掩膜，能有效避免侧蚀，提高器件精度。
[0026]5、本专利技术使用稀酸或稀四甲基氢氧化铵腐蚀剩余铝，稀酸、稀四甲基氢氧化铵溶液不会与石墨烯反应及影响石墨烯性能，且在工艺加工中使用广泛、成本低廉。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本专利技术的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引申获得其它的实施附图。
[0028]本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
能涵盖的范围内。
[0029]图1为本专利技术衬底上石墨烯沉积铝金属掩膜及旋涂光刻胶的示意图；
[0030]图2为本专利技术图形化金属掩膜的示意图；
[0031]图3为本专利技术刻蚀石墨烯的示意图；
[0032]图4为本专利技术去除光刻胶及金属掩膜后图形化石墨烯的示意图。
[0033]其中：1为衬底，2为石墨烯薄膜，3为铝金属掩膜，4为光刻胶，5为光刻胶图像，6为铝金属掩膜图形，7为石墨烯图形。
具体实施方式
[0034]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点，而不是对本专利技术权利要求的限制；基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
[0035]下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式做进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0036]本专利技术提供一种低成本大面积石墨烯图形化方法，可用于石墨烯传感器、石墨烯晶体管等器件中石墨烯的图形化。该方法利用金属作为掩膜隔离光刻胶，避免光刻胶直接接触石墨烯导致光刻胶残留影响器件性能。
[0037]本专利技术的一个实施例的石墨烯图形化方法，如图1所示，转移石墨烯薄膜2到二氧化硅衬底1上。在石墨烯薄膜2上沉积一层铝金属掩膜3，特别的使用蒸发的方式在石墨烯薄膜2上沉积20nm铝金属掩膜3，优选本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本大面积石墨烯图形化方法，其特征在于：包括下列步骤：S1、在转移了石墨烯薄膜的衬底表面沉积一层铝金属作掩膜；S2、旋涂一层光刻胶并光刻，以便图形化铝金属掩膜；S3、刻蚀石墨烯；S4、清洗剩余光刻胶及腐蚀剩余铝金属掩膜。2.根据权利要求1所述的一种低成本大面积石墨烯图形化方法，其特征在于：所述S1中沉积一层铝金属作掩膜的方法为：转移石墨烯薄膜到衬底上，使用蒸发的方式在石墨烯薄膜上沉积一层铝金属掩膜。3.根据权利要求2所述的一种低成本大面积石墨烯图形化方法，其特征在于：所述蒸发的方式采用电子束蒸发或热蒸发，所述铝金属掩膜的沉积厚度范围为5
‑
40nm。4.根据权利要求1所述的一种低成本大面积石墨烯图形化方法，其特征在于：所述S1中的衬底采用硅、玻璃、石英、蓝宝石、碳化硅或柔性材料，所述衬底上沉积有二氧化硅层或氮化硅层。5.根据权利要求1所述的一种低成本大面积石墨烯图形化方法，其特征在于：所述S2中旋涂一层光刻胶并光刻的方法为：在铝金属掩膜表面旋涂一层光刻胶，光刻并显影光刻胶后得...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊强，王崟杰，李孟委，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：