[發明專利]一種EBL直寫高精度第三代半導體的方法

有效

• 申請號: 201911198744.8
• 申請日: 2019-11-29
• 公開（公告）號: CN111029248B
• 公開（公告）日: 2023-05-23
• 發明（設計）人: 鄒貴付;戴曉;汪瀟涵;蔣怡寧;高亮
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: H01L21/027
• 分類號: H01L21/027;G03F7/004;G03F7/20
• 代理公司: 蘇州根號專利代理事務所(普通合伙) 32276
• 代理人: 仇波

本發明公開了一種EBL直寫高精度第三代半導體的方法，包括如下步驟：(a)將金屬鹽和水溶性聚合物聚乙烯亞胺溶于水中，進行絡合反應，經超濾得到第一溶液；(b)將麥芽糖加入第一溶液中，攪拌得到前驅體溶液；(c)將前驅體溶液旋涂于導電基底上，隨后將導電基底置于EBL艙內，進行EBL直寫；用水清洗導電基底，除去未固化部分，再在反應性氣體中退火，得到所需要半導體的結構。本發明不僅省去了紫外光刻與反應束離子刻蝕等繁瑣的工藝，還為納米結構器件的制備節省了一定的時間；同時本發明能夠實現不同半導體的圖案化，其直寫的微納尺度圖案能夠完全顯示清楚、且尺寸與預設的尺寸一致，并能夠直寫出最小線寬約30nm高精度的各種半導體納米線。

技術領域

本發明具體涉及一種EBL直寫高精度第三代半導體的方法。

背景技術

第三代半導體具備高頻、高效、耐高壓、耐高溫、抗輻射能力強等優越性能，切合節能減排、智能制造、信息安全等國家重大戰略需求，是支撐新一代移動通信、新能源汽車、高速列車、能源互聯網等產業發展的重點核心材料和電子元器件，是全球半導體技術研究的熱點和產業競爭焦點。而當前第三代半導體器件制造產業的技術路徑包含兩個主要步驟：一是生長單晶的第三代半導體單晶芯片，例如生長單晶SiC、單晶GaN等；二是利用光刻的方法對基片進行刻蝕、圖形化、摻雜，從而制備所需的晶體管與集成電路。然而，由于SiC、GaN等第三代半導體晶圓生長條件苛刻、生長速度緩慢，導致晶圓價格昂貴；另一方面，SiC、GaN等第三代半導體化學性質極其穩定，導致刻蝕速度緩慢，生成效率低、且產生的廢液、廢氣污染嚴重。因此發展一種環保的、能夠快速成型制備第三代半導體的方法是目前所需要亟待解決的問題。

激光直寫技術(3D打印)是通過電腦控制將打印材料逐層堆疊，最終實現目標產物的方法。該方法具有快速成型、產品多樣化不增加成本、設計空間無限、便攜制造、與多種材料相結合等多種優點，現已經廣泛應用于航空航天、建筑業、工業設計等多種領域中。常見的3D打印技術包括光固化成型、選擇性激光燒結、熔融沉積快速成型等多種技術，是目前制備各種精細復雜結構的主流方法之一。

上述傳統的3D打印技術雖然能夠制備多種復雜的結構，但是所打印的材料有所局限性，且打印設備昂貴，不便于推廣；同時，所打印的材料精度有限(如專利文獻CN108145965?A)，不能達到納米尺度，限制了其在制備高效的第三代半導體器件的應用。傳統的第三代半導體納米元器件的制備往往需要先在基底上生長高質量的薄膜，在經過工藝繁瑣的紫外光刻、反應束離子刻蝕與電子束曝光，最終才能夠得到元器件(此過程也被稱為“top-down”)。因此，發展一種低價、環保、打印多種材料的高精度分辨技術是十分必要的。

發明內容

本發明針對上述現有技術存在的缺陷，提供了一種EBL直寫高精度第三代半導體的方法。

本發明中，EBL直寫即電子束直寫。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是，一種EBL直寫高精度第三代半導體的方法，它包括以下步驟：

(a)將金屬鹽和水溶性聚合物聚乙烯亞胺溶于水中，進行絡合反應，經超濾得到第一溶液；

(b)將麥芽糖加入所述第一溶液中，攪拌得到前驅體溶液；

(c)將所述前驅體溶液旋涂于導電基底上，隨后將所述導電基底置于EBL艙內，進行EBL直寫；用水清洗所述導電基底，除去未固化部分，再在反應性氣體中退火，得到單層結構。

具體地，所述方法還包括在退火后，多次重復進行步驟(c)，得到三維高精度疊層結構。

具體地，步驟(a)中，所述金屬鹽與所述聚乙烯亞胺的投料質量比為1:0.8-1.5。

具體地，步驟(a)中，超濾的目的在于除去分子量小于3000g/mol的成分。

具體地，步驟(b)中，所述麥芽糖的投料質量與所述第一溶液的體積比為125-180:1mg/mL。