一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，包括：襯底；位于襯底上表面的第一超導(dǎo)層；位于第一超導(dǎo)層表面的第一介電層；位于第一介電層表面、由二維半導(dǎo)體薄膜層形成的霍爾結(jié)構(gòu)；位于霍爾結(jié)構(gòu)表面的第二介電層；位于第二介電層表面的第二超導(dǎo)層；位于襯底上表面，并與霍爾結(jié)構(gòu)連接的金屬接觸電極；第一、第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬小于第一、第二介電層的長(zhǎng)寬，第一、第二介電層的長(zhǎng)寬均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬，且霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬小于襯底的長(zhǎng)寬。通過本發(fā)明提供的一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，解決了利用現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)二維半導(dǎo)體薄膜應(yīng)用在新型微納電子器件中時(shí)易受環(huán)境中電磁場(chǎng)的干擾，進(jìn)而影響器件工作的問題。
【專利說明】
一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及微電子領(lǐng)域，特別是涉及一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，石墨烯、MoS2等一系列新型二維晶體半導(dǎo)體材料(具有單個(gè)或者幾個(gè)原子厚度)以其優(yōu)越的電學(xué)、化學(xué)、光學(xué)特性，成為半導(dǎo)體材料研究的新方向，在微電子領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]二維半導(dǎo)體薄膜的量子霍爾效應(yīng)已經(jīng)經(jīng)過理論及實(shí)驗(yàn)證實(shí)，其能級(jí)在低溫磁場(chǎng)下會(huì)產(chǎn)生分裂，電阻隨磁場(chǎng)變化明顯，因此具有對(duì)磁場(chǎng)極敏感的特性。
[0004]隨著二維半導(dǎo)體薄膜在新型微納電子器件(如射頻晶體管器件，磁場(chǎng)傳感器、存儲(chǔ)器等)應(yīng)用日益廣泛，當(dāng)這些半導(dǎo)體器件工作在一個(gè)日益復(fù)雜的電磁環(huán)境中時(shí)，磁場(chǎng)可能影響二維半導(dǎo)體材料的電子輸運(yùn)從而影響器件工作。
[0005]鑒于此，有必要提供一種新的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法用以解決上述問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中當(dāng)二維半導(dǎo)體薄膜應(yīng)用在新型微納電子器件中時(shí)易受環(huán)境中電磁場(chǎng)的干擾，進(jìn)而影響器件工作的問題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，所述半導(dǎo)體器件包括:
[0008]—襯底；
[0009]位于所述襯底上表面的第一超導(dǎo)層；
[0010]位于所述第一超導(dǎo)層上表面的第一介電層；
[0011 ]位于所述第一介電層上表面、由二維半導(dǎo)體薄膜層形成的霍爾結(jié)構(gòu)；
[0012]位于所述霍爾結(jié)構(gòu)表面的第二介電層；
[0013]位于所述第二介電層上表面的第二超導(dǎo)層；
[0014]位于所述襯底上表面，并與所述霍爾結(jié)構(gòu)連接的金屬接觸電極；
[0015]其中，所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第一介電層和第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸，且所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸。
[0016]優(yōu)選地，所述第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層的材料為￥8(:0，仙，仙362，仙11，^^或NbTiN中的一種。
[0017]優(yōu)選地，所述第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層的厚度均大于300nm。
[0018]優(yōu)選地，所述第一介電層和第二介電層的材料為h-BN，A1203或Hf02中的一種。
[0019]優(yōu)選地，所述第一介電層和第二介電層的厚度均為1nm?lOOnm。
[0020]優(yōu)選地，所述二維半導(dǎo)體薄膜層為石墨烯、MoS2、黑磷、硅烯、鍺烯、WS2、WTe2、MoSe、MoTe2、WSe2、WTe、TiSe2、PtSe2、ZnSe、PdSe2、CdS、CdSe、BP、SnSe、PtS2、PbI2、GaSe、InSe、ReS2、ReSe2 中的一種。
[0021]優(yōu)選地，所述二維半導(dǎo)體薄膜層的厚度為I?5個(gè)原子層的厚度。
[0022]優(yōu)選地，所述霍爾結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)十字結(jié)構(gòu)。
[0023]優(yōu)選地，所述第二超導(dǎo)層還可作為背柵電極。
[0024]優(yōu)選地，所述襯底為Si02、MgO或Al 203中的一種。
[0025]本發(fā)明還提供一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件的制作方法，所述制作方法包括:
[0026]S1:提供一襯底；
[0027]S2:在所述襯底上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一超導(dǎo)層；
[0028]S3:在所述第一超導(dǎo)層上表面形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一介電層，其中，所述第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸；
[0029]S4:在所述第一介電層上表面形成二維半導(dǎo)體薄膜層，進(jìn)行圖形化刻蝕形成霍爾結(jié)構(gòu)，其中，所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸；
[0030]S5:在所述S4得到的結(jié)構(gòu)上形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二介電層，其中，所述第一、第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸；
[0031]S6:在所述第二介電層上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二超導(dǎo)層，其中，所述第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸；
[0032]S7:在所述襯底上沉積金屬并與所述霍爾結(jié)構(gòu)接觸，形成金屬接觸電極。
[0033]優(yōu)選地，通過直接在襯底上物理氣相沉積或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述超導(dǎo)材料層。
[0034]優(yōu)選地，通過化學(xué)氣相沉積、或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述介電材料層。
[0035]優(yōu)選地，通過化學(xué)氣相沉積或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述二維半導(dǎo)體薄膜層。
[0036]如上所述，本發(fā)明的一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，具有以下有益效果:
[0037]1、本發(fā)明通過在所述霍爾結(jié)構(gòu)的上下表面設(shè)置第一、第二介電層，不僅防止了霍爾結(jié)構(gòu)被破壞;而且還隔離了霍爾結(jié)構(gòu)和第一、第二超導(dǎo)層，避免霍爾結(jié)構(gòu)短路的問題。
[0038]2、本發(fā)明通過在所述第一、第二介電層的表面設(shè)置第一、第二超導(dǎo)層，屏蔽了外磁場(chǎng)對(duì)霍爾結(jié)構(gòu)的影響，而且所述第二超導(dǎo)層還可以作為背柵電極。
【附圖說明】
[0039]圖1顯示為本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的俯視圖。
[0040]圖2?圖8顯示為本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件制作方法的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖8為圖1沿AA’方向的剖面圖。
[0041 ] 元件標(biāo)號(hào)說明
[0042]SI?S7步驟I?7
[0043]I襯底
[0044]2第一超導(dǎo)層
[0045]3第一介電層
[0046]4霍爾結(jié)構(gòu)
[0047]5第二介電層
[0048]6第二超導(dǎo)層
[0049]7金屬接觸電極
【具體實(shí)施方式】
[0050]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0051]請(qǐng)參閱圖1至圖8。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0052]如圖1所示，本發(fā)明提供一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，所述半導(dǎo)體器件包括:
[0053]一襯底 I;
[0054]位于所述襯底I上表面的第一超導(dǎo)層2;
[0055]位于所述第一超導(dǎo)層2上表面的第一介電層3;
[0056]位于所述第一介電層3上表面、由二維半導(dǎo)體薄膜層形成的霍爾結(jié)構(gòu)4;
[0057]位于所述霍爾結(jié)構(gòu)4表面的第二介電層5;
[0058]位于所述第二介電層5上表面的第二超導(dǎo)層6;
[0059]位于所述襯底I上表面，并與所述霍爾結(jié)構(gòu)4連接的金屬接觸電極7；
[0060]其中，所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第一介電層和第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸，且所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸。
[0061]需要說明的是，本發(fā)明采用超導(dǎo)薄膜對(duì)由二維半導(dǎo)體薄膜形成的霍爾結(jié)構(gòu)進(jìn)行磁屏蔽;超導(dǎo)體是完全抗磁體，具有理想的靜磁屏蔽效果。根據(jù)邁斯納效應(yīng)，當(dāng)超導(dǎo)體處于超導(dǎo)態(tài)時(shí)，在磁場(chǎng)作用下，表面產(chǎn)生一個(gè)無損耗感應(yīng)電流。這個(gè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)恰恰與外加磁場(chǎng)大小相等、方向相反。在外磁場(chǎng)引起的感應(yīng)電流不超過超導(dǎo)體的臨界電流前提下，外磁場(chǎng)被完全抵消，因而總合成磁場(chǎng)為零。由于這個(gè)無損耗感應(yīng)電流對(duì)外加磁場(chǎng)起著屏蔽作用，因此可以利用超導(dǎo)體的邁斯納效應(yīng)，對(duì)霍爾結(jié)構(gòu)工作環(huán)境中的磁場(chǎng)進(jìn)行屏蔽，保證器件內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B為零，使霍爾結(jié)構(gòu)中的電子輸運(yùn)不受磁場(chǎng)影響。
[0062]設(shè)置所述襯底的長(zhǎng)度為L(zhǎng)I，寬度為Wl;所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)度為L(zhǎng)2，寬度為W2;所述第一介電層的長(zhǎng)度為L(zhǎng)3，寬度為W3;所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度為L(zhǎng)4，寬度為W4;所述第二介電層的長(zhǎng)度為L(zhǎng)5，寬度為W5;所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)度為L(zhǎng)6，寬度為W6。
[0063]需要說明的是，所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于所述第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸，SP所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)度L2小于所述第一介電層的長(zhǎng)度L3，所述第一超導(dǎo)層的寬度W2小于所述第一介電層的寬度W3。所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，即所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)度L6小于所述第二介電層的長(zhǎng)度L5，所述第二超導(dǎo)層的寬度W6小于所述第二介電層的寬度W5。所述第一介電層和第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸，即所述第一介電層的長(zhǎng)度L3、及所述第二介電層的長(zhǎng)度L5均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度L4，所述第一介電層的寬度W3、及所述第二介電層的寬度W5均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的寬度W4。所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸，即所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度L4小于襯底的長(zhǎng)度LI，所述霍爾結(jié)構(gòu)的寬度W4小于襯底的寬度Wl。
[0064]具體的，請(qǐng)參閱圖2?圖8對(duì)本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的制作方法進(jìn)行說明。
[0065]如圖2所不，執(zhí)彳丁SI，提供一襯底;其中，所述襯底為Si02、Mg0或AI2O3中的一種。
[0066]如圖3所示，執(zhí)行S2，在所述襯底上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一超導(dǎo)層。
[0067]具體的，通過直接在襯底上物理氣相沉積或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述超導(dǎo)材料層，再對(duì)所述超導(dǎo)材料層進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一超導(dǎo)層2。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述超導(dǎo)材料層。
[0068]需要說明的是，所述第一超導(dǎo)層2的材料為YB⑶(釔鋇銅氧)，Nb，NbSe2，NbTi，NbN或NbTiN中的一種。
[0069]需要說明的是，所述第一超導(dǎo)層的厚度大于300nm。
[0070]如圖4所示，執(zhí)行S3，在所述第一超導(dǎo)層上表面形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一介電層，其中，所述第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸。
[0071]具體的，先通過采用機(jī)械剝離或化學(xué)氣相沉積得到介電材料層，然后利用干法轉(zhuǎn)移將所述介電材料層轉(zhuǎn)移到第一超導(dǎo)層/襯底結(jié)構(gòu)上，最后對(duì)所述介電材料層進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一介電層3。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述介電材料層。
[0072]需要說明的是，所述第一介電層的材料為h-BN(六方氮化硼),Al2O3或Hf02(二氧化給)中的一種，所述第一介電層的厚度為1nm?10nm0
[0073]需要說明的是，通過在所述第一超導(dǎo)層2上表面設(shè)置長(zhǎng)寬尺寸大于第一超導(dǎo)層2的第一介電層3，避免了第一超導(dǎo)層2與后續(xù)形成的霍爾結(jié)構(gòu)4及金屬接觸電極7接觸，使霍爾結(jié)構(gòu)發(fā)生短路導(dǎo)致失效。
[0074]如圖5所示，執(zhí)行S4，在所述第一介電層上表面形成二維半導(dǎo)體薄膜層，進(jìn)行圖形化刻蝕形成霍爾結(jié)構(gòu)，其中，所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸。
[0075]具體的，先通過采用機(jī)械剝離或化學(xué)氣相沉積得到二維半導(dǎo)體薄膜層，然后利用干法轉(zhuǎn)移將所述二維半導(dǎo)體薄膜層轉(zhuǎn)移到第一介電層/第一超導(dǎo)層/襯底結(jié)構(gòu)上，最后對(duì)所述二維半導(dǎo)體薄膜層進(jìn)行圖形化刻蝕形成霍爾結(jié)構(gòu)4。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述二維半導(dǎo)體薄膜層。
[0076]需要說明的是，所述二維半導(dǎo)體薄膜層為石墨烯、MoS2、黑磷、硅烯、鍺烯、WS2、WTe2、MoSe、MoTe2、WSe2、WTe、TiSe2、PtSe2、ZnSe、PdSe2、CdS、CdSe、BP、SnSe、PtS2、Pbl2、GaSe、InSe、ReS2、ReSe2中的一種;所述二維半導(dǎo)體薄膜層的厚度為I?5個(gè)原子層的厚度。
[0077]需要說明的是，所述霍爾結(jié)構(gòu)4的長(zhǎng)寬尺寸小于所述襯底I的長(zhǎng)寬尺寸，便于后續(xù)在所述襯底I上制作金屬接觸電極7;所述霍爾結(jié)構(gòu)4的長(zhǎng)寬尺寸大于等于所述第一介電層3、及后續(xù)形成的第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，使得霍爾結(jié)構(gòu)4的邊緣可以與后續(xù)形成的金屬接觸電極7形成接觸。
[0078]需要說明的是，本發(fā)明所述霍爾結(jié)構(gòu)由二維半導(dǎo)體薄膜層進(jìn)過刻蝕形成，且至少包括一個(gè)十字結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，所述霍爾結(jié)構(gòu)為雙十字結(jié)構(gòu)。在其他實(shí)施例中，所述霍爾結(jié)構(gòu)還可以為三個(gè)十字結(jié)構(gòu)、四個(gè)十字結(jié)構(gòu)或其它數(shù)量的十字結(jié)構(gòu)。
[0079]如圖6所示，執(zhí)行S5，在所述S4得到的結(jié)構(gòu)上形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二介電層，其中，所述第一、第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸。
[0080]具體的，先通過采用機(jī)械剝離或化學(xué)氣相沉積得到介電材料層，然后利用干法轉(zhuǎn)移將所述介電材料層轉(zhuǎn)移到霍爾結(jié)構(gòu)/第一介電層/第一超導(dǎo)層/襯底結(jié)構(gòu)上，最后對(duì)所述介電材料層進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二介電層5。優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述介電材料層。
[0081 ]需要說明的是，所述第二介電層5的材料為h-BN，A1203或HfO2中的一種，所述第二介電層的厚度為1nm?10nm0
[0082]需要說明的是，本發(fā)明通過設(shè)置第一介電層/霍爾結(jié)構(gòu)/第二介電層的結(jié)構(gòu)，使得第一、第二介電層作為封裝保護(hù)層，起到保護(hù)霍爾結(jié)構(gòu)4的本征特性被破壞致使性能退化的作用;而且還通過設(shè)置第一介電層3的長(zhǎng)寬尺寸大于第一超導(dǎo)層2的長(zhǎng)寬尺寸，第二介電層5的長(zhǎng)寬尺寸大于后續(xù)形成的第二超導(dǎo)層6的長(zhǎng)寬尺寸，避免了霍爾結(jié)構(gòu)4及后續(xù)形成的金屬接觸電極7與所述第一、第二超導(dǎo)層的接觸，發(fā)生短路的問題。
[0083]如圖7所示，執(zhí)行S6，在所述第二介電層上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二超導(dǎo)層，其中，所述第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸。
[0084]具體的，先通過采用機(jī)械剝離或物理氣相沉積得到超導(dǎo)材料層，然后利用干法轉(zhuǎn)移將所述超導(dǎo)材料層轉(zhuǎn)移到所述第二介電層/霍爾結(jié)構(gòu)/第一介電層/第一超導(dǎo)層/襯底結(jié)構(gòu)上，最后對(duì)所述超導(dǎo)材料層進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二超導(dǎo)層6 ο優(yōu)選地，在本實(shí)施例中，采用機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述超導(dǎo)材料層。
[0085]需要說明的是，本發(fā)明通過設(shè)置第一、第二超導(dǎo)層，利用超導(dǎo)材料的邁斯納效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)霍爾結(jié)構(gòu)的磁場(chǎng)屏蔽。
[0086]需要說明的是，所述第二超導(dǎo)層6的材料為￥80)，他，奶^2，他11，奶^或他1^中的一種;所述第二超導(dǎo)層的厚度大于300nmo
[0087]進(jìn)一步需要說明的是，本發(fā)明所述半導(dǎo)體器件的磁場(chǎng)屏蔽能力與所述第一、第二超導(dǎo)層的厚度有關(guān);所述第一、第二超導(dǎo)層的厚度較大時(shí)，其磁場(chǎng)穿透層較薄，可忽略不計(jì)，因此具有較好的磁場(chǎng)屏蔽效果。
[0088]需要說明的是，本實(shí)施例通過機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述第二超導(dǎo)層/第二介電層/霍爾結(jié)構(gòu)/第一介電層/第一超導(dǎo)層的堆疊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件，最大程度上保持了各層材料的本征電學(xué)特性。
[0089]需要說明的是，本發(fā)明中所述第二超導(dǎo)層還可以作為背柵電極，與后續(xù)形成的金屬接觸電極形成MOS器件的柵極、源極和漏極，即整個(gè)器件為一個(gè)磁場(chǎng)屏蔽的MOS器件。
[0090]如圖8所示，執(zhí)行S7，在所述襯底上沉積金屬并與所述霍爾結(jié)構(gòu)接觸，形成金屬接觸電極7。
[0091]需要說明的是，本發(fā)明通過設(shè)置霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸大于等于第一、第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，且第一、第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均大于第一、第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸，避免了金屬接觸電極與所述第一、第二超導(dǎo)層接觸，發(fā)生短路。
[0092]需要說明的是，本發(fā)明所述第二超導(dǎo)層/第二介電層/霍爾結(jié)構(gòu)/第一介電層/第一超導(dǎo)層的堆疊結(jié)構(gòu)經(jīng)過層層圖形化刻蝕，所形成的結(jié)構(gòu)邊緣與S7中沉積的金屬形成極好的接觸。
[0093]由此可見，本發(fā)明的一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，采用第二超導(dǎo)層/第二介電層/霍爾結(jié)構(gòu)/第一介電層/第一超導(dǎo)層的堆疊結(jié)構(gòu)，由于第一、第二超導(dǎo)層是完全抗磁性的，能有效屏蔽外部磁場(chǎng)輻射帶來的干擾。因此這種屏蔽磁場(chǎng)的器件結(jié)構(gòu)對(duì)于研究石墨烯及半導(dǎo)體材料的電學(xué)特性研究以及實(shí)際的應(yīng)用具有重要的意義。
[0094]綜上所述，本發(fā)明的一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件及其制作方法，具有以下有益效果:
[0095]1、本發(fā)明通過在所述霍爾結(jié)構(gòu)的上下表面設(shè)置第一、第二介電層，不僅防止了霍爾結(jié)構(gòu)被破壞;而且還隔離了霍爾結(jié)構(gòu)和第一、第二超導(dǎo)層，避免霍爾結(jié)構(gòu)短路的問題。
[0096]2、本發(fā)明通過在所述第一、第二介電層的表面設(shè)置第一、第二超導(dǎo)層，屏蔽了外磁場(chǎng)對(duì)霍爾結(jié)構(gòu)的影響，而且所述第二超導(dǎo)層還可以作為背柵電極。
[0097]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述半導(dǎo)體器件包括: 一襯底； 位于所述襯底上表面的第一超導(dǎo)層； 位于所述第一超導(dǎo)層上表面的第一介電層； 位于所述第一介電層上表面、由二維半導(dǎo)體薄膜層形成的霍爾結(jié)構(gòu)； 位于所述霍爾結(jié)構(gòu)表面的第二介電層； 位于所述第二介電層上表面的第二超導(dǎo)層； 位于所述襯底上表面，并與所述霍爾結(jié)構(gòu)連接的金屬接觸電極； 其中，所述第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸小于第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸，所述第一介電層和第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸，且所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層的材料為YBCO，Nb，NbSe2 ,NbTi, NbN或NbTiN中的一種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一超導(dǎo)層和第二超導(dǎo)層的厚度均大于300nmo4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一介電層和第二介電層的材料為11^41203或!1?)2中的一種。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一介電層和第二介電層的厚度均為I Onm?I OOnm ο6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體薄膜層為石墨烯、MoS2、黑磷、硅烯、鍺烯、WS2、WTe2、MoSe、MoTe2、WSe2、WTe、TiSe2、PtSe2、ZnSe、卩(^62、。(15、。(156、8?、51156、？七52、？1312、6&56、11156、1^52、1^562中的一種。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述二維半導(dǎo)體薄膜層的厚度為I?5個(gè)原子層的厚度。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述霍爾結(jié)構(gòu)包括至少一個(gè)十字結(jié)構(gòu)。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二超導(dǎo)層還可作為背柵電極。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述襯底為Si02、MgO或Al2O3中的一種。11.一種用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括: S1:提供一襯底； S2:在所述襯底上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一超導(dǎo)層； S3:在所述第一超導(dǎo)層上表面形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第一介電層，其中，所述第一介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第一超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸； S4:在所述第一介電層上表面形成二維半導(dǎo)體薄膜層，進(jìn)行圖形化刻蝕形成霍爾結(jié)構(gòu)，其中，所述霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸小于襯底的長(zhǎng)寬尺寸； S5:在所述S4得到的結(jié)構(gòu)上形成介電材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二介電層，其中，所述第一、第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸均小于等于霍爾結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)寬尺寸； 56:在所述第二介電層上表面形成超導(dǎo)材料層，并進(jìn)行圖形化刻蝕形成第二超導(dǎo)層，其中，所述第二介電層的長(zhǎng)寬尺寸大于第二超導(dǎo)層的長(zhǎng)寬尺寸； 57:在所述襯底上沉積金屬并與所述霍爾結(jié)構(gòu)接觸，形成金屬接觸電極。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，通過直接在襯底上物理氣相沉積或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述超導(dǎo)材料層。13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，通過化學(xué)氣相沉積、或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述介電材料層。14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于磁場(chǎng)屏蔽的半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，通過化學(xué)氣相沉積或機(jī)械剝離后干法轉(zhuǎn)移得到所述二維半導(dǎo)體薄膜層。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK106024760SQ201610389241
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月2日
【發(fā)明人】王浩敏, 謝紅, 李蕾, 王慧山, 謝曉明
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所