半导体器件的形成方法技术

一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成若干分立的半导体层，所述半导体层的横截面呈梯形状；形成石墨烯层，所述石墨烯层覆盖所述半导体层的顶部表面。所述半导体器件的形成方法抑制了半导体层中光波的耗散。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件的形成方法
本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体器件的形成方法。
技术介绍
目前，基于硅材料的光子学已成为集成光学中的重要研究领域之一。基于硅材料的光子器件如光通信无源器件、调节器、探测器、光放大器及广元等发展已较为成熟。由于硅材料具有低电光系数、低光发射效率、非宽频带光学材料和高传播损耗等固有缺陷，且随着集成电路领域器件尺寸的不断减小，硅材料逐渐接近其加工极限。因此光通信和微纳光学器件领域发展迫切需要一种能够同时具有硅材料特性和宽频带光子特性的混合材料，其中具有较大开发潜力的石墨烯受到广泛关注。石墨烯(Graphene)是一种单层蜂窝晶体点阵上的碳原子组成的二维晶体。石墨烯不仅具有非常出色的力学性能和热稳定性，还具有出色的电学性能，例如高载流子迁移率、可调谐带隙、室温下的量子霍尔效应等，并且，石墨烯由于本身特殊性能可以在其材料内部实现多功能信号的发射、传送、调制和探测等功能。石墨烯优越的电学性能使发展石墨烯基的晶体管和集成电路成为可能，并有可能取代硅称为新一代的主流半导体材料，石墨烯与硅波导(siliconwaveguide)集成技术能够应用于新型光电和非线性光学器件，石墨烯与硅波导集成的器件，也可称为硅上的石墨烯(GSi，GrapheneonSilicon)器件，硅上的石墨烯器件具有硅上的石墨烯波导(GSiwaveguide)。然而，现有技术形成的硅上的石墨烯的半导体器件的性能仍有待提高。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体器件的形成方法，抑制半导体层中光波的耗散。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体器件的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成若干分立的半导体层，所述半导体层的横截面呈梯形状；形成石墨烯层，所述石墨烯层覆盖所述半导体层的顶部表面。可选的，形成所述半导体层的步骤为：在所述基底上沉积半导体材料层；采用各向异性干刻工艺刻蚀所述半导体材料层直至暴露出所述基底表面，形成半导体层。可选的，所述各向异性干刻工艺为各向异性等离子体刻蚀工艺，参数为：采用的气体为CF4、C2H2、CH4、C4F8和O2，CF4的流量为10sccm～200sccm，C2H2的流量为0sccm～50sccm，CH4的流量为0sccm～50sccm，C4F8的流量为0sccm～100sccm，O2的流量为0sccm～50sccm，源射频功率100瓦～1000瓦，偏置射频功率为100瓦～500瓦，腔室压强为2mtorr～200mtorr。可选的，在所述半导体层的顶部表面形成石墨烯层，步骤为：在所述半导体层的侧壁形成隔离层，所述隔离层的顶部表面和所述半导体层的顶部表面齐平；在所述基底上形成覆盖所述半导体层和隔离层的含碳材料层；对所述含碳材料层和半导体层进行退火处理，在所述半导体层的顶部表面形成石墨烯层；退火处理之后，去除所述含碳材料层和隔离层。可选的，所述含碳材料层的材料为聚甲基丙乙烯酸甲酯、聚碳酸酯、聚酰胺、聚甲醛或聚四氟乙烯。可选的，形成所述含碳材料层的工艺为旋转涂覆工艺。可选的，所述退火处理为激光退火或快速热退火。可选的，所述退火处理采用的退火温度为1400摄氏度至1500摄氏度。可选的，所述退火处理包括依次进行的升温过程、保温过程以及降温过程。可选的，所述隔离层的材料为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。可选的，所述半导体层的材料为硅、锗或锗化硅。可选的，在所述半导体层的顶部表面和侧壁形成石墨烯层，步骤为：在所述基底上形成覆盖所述半导体层顶部表面和侧壁的含碳材料层；对所述含碳材料层和半导体层进行退火处理，在所述半导体层的顶部表面和侧壁形成石墨烯层；退火处理之后，去除所述含碳材料层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：(1)半导体层的横截面呈梯形状，即半导体层的侧壁倾斜，且所述半导体层的底部宽度大于顶部宽度，在半导体层中传输的光波会在所述半导体层的倾斜的侧壁多次反射，不断改变光波作用在所述侧壁的角度，从而将光波很大程度上限制在半导体层中，使得从半导体层中耗散出去的光波减少，抑制了半导体层中光波的耗散。(2)进一步的，在所述半导体层的侧壁形成隔离层，所述隔离层的顶部表面和所述半导体层的顶部表面齐平；在所述基底上形成覆盖所述半导体层和隔离层的含碳材料层；对所述含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层的顶部表面形成石墨烯层；退火处理之后，去除所述含碳材料层和隔离层。隔离层的存在使得石墨烯层仅形成于半导体层的顶部表面，且由于隔离层的顶部表面和所述半导体层的顶部表面齐平，使得形成的石墨烯层侧壁与半导体层的侧壁对准，即该方法使得形成的石墨烯层定位精确，避免在半导体层的侧壁出现不均匀的石墨烯层，从而避免了额外的光吸收损失以及光散射损失，从而改善半导体结构的性能。(3)进一步的，在所述基底上形成覆盖所述半导体层顶部表面和侧壁的含碳材料层；对所述含碳材料层和半导体层进行退火处理，在所述半导体层的顶部表面和侧壁形成石墨烯层；退火处理之后，去除所述含碳材料层。该方法在形成半导体层顶部表面的石墨烯层的同时形成覆盖半导体层侧壁的石墨烯层，降低了在半导体层的顶部表面形成均匀分布的石墨烯层的工艺复杂度，且由于在半导体层的侧壁覆盖均匀分布的石墨烯层，不会造成额外的光吸收损失以及光散射损失。附图说明图1和图2是现有技术中的半导体器件的示意图；图3至图12是本专利技术第一实施例中半导体器件形成过程的结构示意图；图13至图15是本专利技术第二实施例中半导体器件形成过程的结构示意图。具体实施方式正如
技术介绍
所述，现有技术形成的硅上石墨烯波导的半导体器件的性能仍有待提高。经研究发现，结合参考图1和图2，图2为沿图1中切割线A-A1的剖面结构示意图，半导体器件的形成方法包括：提供半导体衬底100；在所述半导体衬底100表面形成绝缘层101；在所述绝缘层101表面形成若干分立的硅层110，所述硅层110的侧壁垂直于半导体衬底100的表面；在所述硅层110的顶部表面粘附石墨烯层120，所述硅层110和石墨烯层120构成硅上的石墨烯波导。研究发现，现有技术中形成的半导体器件的性能有待提高的原因在于：由于所述硅层的侧壁与所述半导体衬底表面垂直，硅层传播的光波不能被限制在硅层中，其中硅层中传播的部分光波容易发生损耗，使得硅层中传播的光波不断减少。在此基础上，本专利技术提出一种半导体器件的形成方法，在所述基底上形成若干分立的半导体层，所述半导体层的侧壁倾斜，且所述半导体层的底部宽度大于顶部宽度；形成石墨烯层，所述石墨烯层覆盖半导体层的顶部表面。使得半导体层中传播的光波很大程度的限制在半导体层中，抑制了半导体层中光波的耗散。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施例做详细的说明。第一实施例图3至图12是本专利技术第一实施例中半导体器件形成过程的结构示意图。参考图3，提供基底；在所述基底上形成半导体材料层210。本实施例中，所述基底包括半导体衬底200以及位于半导体衬底200表面的绝缘层201。所述半导体衬底200的材料为硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或者镓化铟；所述半导体衬底200还可以为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗化硅衬底。所述半导体衬底200内还可以形成有半导体结构，例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成若干分立的半导体层，所述半导体层的横截面呈梯形状；形成石墨烯层，所述石墨烯层覆盖所述半导体层的顶部表面。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成若干分立的半导体层，所述半导体层的横截面呈梯形状；形成石墨烯层，所述石墨烯层覆盖所述半导体层的顶部表面。2.根据权利要求1所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，形成所述半导体层的步骤为：在所述基底上沉积半导体材料层；采用各向异性干刻工艺刻蚀所述半导体材料层直至暴露出所述基底表面，形成半导体层。3.根据权利要求2所述的半导体器件的形成方法，其特征在于，所述各向异性干刻工艺为各向异性等离子体刻蚀工艺，参数为：采用的气体为CF4、C2H2、CH4、C4F8和O2，CF4的流量为10sccm～200sccm，C2H2的流量为0sccm～50sccm，CH4的流量为0sccm～50sccm，C4F8的流量为0sccm～100sccm，O2的流量为0sccm～50sccm，源射频功率100瓦～1000瓦，偏置射频功率为100瓦～500瓦，腔室压强为2mtorr～200mtorr。4.根据权利要求1所述半导体器件的形成方法，其特征在于，在所述半导体层的顶部表面形成石墨烯层，步骤为：在所述半导体层的侧壁形成隔离层，所述隔离层的顶部表面和所述半导体层的顶部表面齐平；在所述基底上形成覆盖所述半导体层和隔离层的含碳材料层；对所述含碳材料层和半导体层进行退...

【专利技术属性】
技术研发人员：张海洋，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31