[发明专利]一种基于全硅基掩膜版的薄膜器件的制备方法

说明书

本发明属于半导体工艺技术领域，具体为一种基于全硅基掩膜版的薄膜器件的制备方法。本发明方法包括：设计及制备硅基掩膜版，硅基掩膜版包括镀膜掩膜版、刻蚀掩膜版，掩膜版上设计有对准标记；准备器件基底，包括基底的选材、清洗、预处理；在器件基底上制备半导体薄膜；用高精度对准平台装置将半导体薄膜材料与相应掩膜版对准，在半导体薄膜上制备器件。本发明通过全程硅基掩膜版制备薄膜器件，不仅器件刻蚀无污染、成本和工艺简单，而且硅基掩模版具有较高重复使用性、高精度、设计自由灵活度高等优势，可实现薄膜器件的集成。

技术领域

本发明属于半导体工艺技术领域，具体涉及一种基于全硅基掩膜版的薄膜器件的制备方法。

背景技术

自二维层状薄膜、有机薄膜材料等在微电子技术工艺领域发展以来，由于传统器件工艺(如光刻工艺中显影液、lift-off、图形刻蚀等)导致薄膜材料结构、性能发生变化，而使得薄膜器件性能下降而限制其集成化。鉴于此，技术人员研发了无光刻技术掩膜版(聚合物、金属材质掩膜版等)用于薄膜器件制备中，代替工艺中的光刻及镀膜工艺以减少薄膜材料的损伤，但是由于其聚合物掩膜版不耐高温且使用寿命短、金属掩膜版精度极低且成本高等一些缺陷，限制了其在半导体器件工艺中的应用。

硅基掩膜版(Si-Shadow Masks，Si-SMs)由于其精度较高、使用寿命长、耐温性强等特点已被应用于薄膜晶体管器件工艺制作中。但是目前仅用于薄膜器件中的金属或有机物的沉积制备，而并未应用于全程工艺中，其虽然在一定程度上可以减少薄膜的污染，图形刻蚀也会但本质上并未使污染降至最低；此外，对于大面积薄膜的器件阵列制备，也未涉及用硅基掩膜版刻蚀。因此，需要对现有的薄膜器件制备进行改善，消除以上所述的问题。

发明内容

针对现有掩膜版薄膜器件的制备工艺存在的不足，本发明的目的在于提出一种无污染、低成本、过程简单，可实现薄膜器件的集成化的基于全硅基掩膜版的薄膜器件的制备方法。

本发明提出的基于全硅基掩膜版的薄膜器件的制备方法，其具体步骤为：

(1)设计及制备相应硅基掩膜版(如镀膜、刻蚀掩膜版等)。

具体根据薄膜大小和位置、晶体管器件类型等以及与之相应的蒸镀或刻蚀材料设计及制备相应硅基掩膜版，如蒸镀掩膜版、刻蚀掩膜版。具体设计步骤可以参考发明专利《一种高精密硅基通孔掩膜版分体图形结构》(CN 109188858 A)和《超高精密硅基通孔图形结构的制备方法》(CN105261588A)。

所述的硅基掩膜版其正面图形包括蒸镀、刻蚀等过程中所需的至少一种图形和对准标记，其对准标记有利于多个掩膜版使用的精准对准。

优选地，所述的对准标记设计于整个掩膜版的四周或中间，形状为十字形、T型或其它能一次完成全方位精确对准的英文字母或其他规则图形，其大小可根据掩膜版的图形大小。

(2)准备器件基底，包括基底的选材、清洗、预处理。

根据器件类型选择不同材质的衬底及不同类型的基底，通过清洗去除衬底在加工或是其他影响带来的污染，并经过预处理，增加薄膜材料及基底材料之间的粘附性或基底的平滑性。

根据晶体管类型，选择不同的基底，例如硅片、聚合物、塑料、玻璃、金属、纸制基材中的任意一种；清洗可用有机溶剂、酸和去离子水等超声清洗；预处理可为烘箱或恒温加热台烘烤或加热、等离子体处理或旋涂光刻胶镀膜。

(3)在器件基底上制备半导体薄膜。

所述薄膜的材料可为石墨烯、氮化硼、黑磷、二维过渡金属硫族化合物(2DTMDs)、氧化物或有机物等半导体薄膜之一种。

优选地，所述制备半导体薄膜，可以采用化学气相沉积(CVD)生长(有较大大面积)，也可以用机械剥离、薄膜转移的方式制备(较小面积)。