一种利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法技术

本发明专利技术提供一种利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法，所述方法至少包括以下步骤：1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成石墨烯薄膜；2)在所述石墨烯薄膜表面沉积一层金属层；3)进行快速退火，使所述半导体衬底表层的一部分原子穿过所述石墨烯薄膜与所述金属层发生反应，形成金属/半导体材料层。本发明专利技术通过采用坚硬的石墨烯薄膜作为插入层，快速退火阶段半导体材料的原子在插入层中的扩散速度较为缓慢，使材料整体的反应更加平衡，从而获得均匀平整且稳定的金属/半导体材料，改善界面的接触特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件的制作方法，特别是涉及。
技术介绍
传统晶体管的源漏区域，其电极一般采用半导体和金属电极之间直接接触，接触电阻很大，形成的肖特基势垒很高，从而影响了器件的性能。因此，人们不停地寻找一种能够降低电极接触电阻的方法，其中，一种效果良好的结构基本完全取代了半导体和金属电极直接接触的技术，这种效果良好的结构是采用金属和半导体材料，例如，Si材料，反应生成金属硅化物来作为接触材料，从而可以大幅度降低接触电阻和肖特基势垒，并得到了广泛的应用。但是，金属和半导体材料直接反应生成金属/半导体接触材料，其反应速度过快，导致在半导体材料表面生成的金属/半导体材料不均匀且不稳定，质量不佳。为了改善接触材料的质量，现有技术中，会在待反应的金属和半导体材料之间制作一层金属插入层，例如，在半导体材料Sii xGex和Ni金属层之间制作一层Ti金属薄膜，之后通过快速退火使所述Ni金属向下穿过所述Ti金属薄膜与所述Sh xGex层反应生成NiSh #6)!层，该NiSh xGex层作为半导体材料与后续金属电极之间的接触材料。但是，一般来说，金属硬度很低，因此，金属作为插入层时，上层待反应的金属在插入层中的扩散速较快，最终导致与下层半导体反应的速度也较快，反应生成的金属/半导体材料依然不能满足工艺上均匀、稳定、质量好的要求，影响后续金属电极与半导体材料的接界面触特性。鉴于以上缺点，本专利技术的目的在于提供一种制作均匀平整、稳定质量好的金属/半导体接触材料的方法。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供，用于解决现有技术中不易形成厚度均匀、稳定且质量好的金属/半导体薄膜材料的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供，所述方法至少包括步骤:1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成石墨烯薄膜；2)在所述石墨烯薄膜表面沉积一层金属层；3)进行快速退火，使所述半导体衬底表层的一部分原子穿过所述石墨烯薄膜与所述金属层发生反应，形成金属/半导体材料层。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述半导体衬底为硅衬底、锗衬底或者表面外延有SilxGex层的硅衬底，其中，0.05 ^ X ^ 0.9，所述Sii xGex的厚度范围为50?lOOnm。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述步骤1)中在形成石墨烯薄膜之前还包括采用标准RCA清洗工艺清洗所述半导体衬底的步骤。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述步骤1)中采用化学气相沉积或转移的方法在所述半导体衬底上形成石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜为单层、双层或者多层。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述石墨烯薄膜的厚度范围为0?5nm。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述步骤2)中采用电子束蒸发或者磁控溅射的方法在所述石墨烯薄膜的表面沉积一层金属层。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述步骤2)中金属层为N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt中的一种或多种形成的叠加结构，或者为上述任意两种或多种金属形成的合金。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述金属层的厚度范围为1?lOOnm。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述步骤3)的快速退火工艺在真空或者惰性气氛中进行，退火温度范围为100?1000°C，退火时间为1?1000秒。作为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的一种优选的方案，所述惰性气氛为N2或Ar气。如上所述，本专利技术的利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法，至少包括以下步骤:1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成石墨烯薄膜；2)在所述石墨烯薄膜表面沉积一层金属层；3)进行快速退火，使所述半导体衬底表层的一部分原子穿过所述石墨烯薄膜与所述金属层发生反应，形成金属/半导体材料层。本专利技术通过采用坚硬的石墨烯薄膜作为插入层，快速退火阶段半导体材料的原子在插入层中的扩散速度较为缓慢，使材料整体的反应更加平衡，从而获得均匀平整且稳定的金属/半导体材料，改善界面的接触特性。【附图说明】图1为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法的流程示意图。图2?图3为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法步骤1)中所呈现的结构示意图。图4为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法步骤2)中所呈现的结构示意图。图5为本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法步骤3)中所呈现的结构示意图。元件标号说明S1 ?S3 步骤10 半导体衬底20 石墨烯薄膜30 金属层40 金属/半导体材料层【具体实施方式】以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的【具体实施方式】加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅附图1?图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。实施例一本专利技术提供，如图1所示，所述方法至少包括以下步骤:S1，提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成石墨烯薄膜；S2,在所述石墨烯薄膜表面沉积一层金属层；S3，进行快速退火，使所述半导体衬底表层的一部分原子穿过所述石墨烯薄膜与所述金属层发生反应，形成金属/半导体材料层。以下结合具体附图对本专利技术利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法做详细的介绍。首先执行步骤S1，如图2和图3所示，提供一半导体衬底10，在所述半导体衬10底表面形成石墨烯薄膜20。本实施例中，所述半导体衬底为10采用锗的初始衬底。在进行石墨烯薄膜20制作之前，需要采用标准RCA清洗工艺清洗所述半导体衬底10，以去除所述半导体衬底10表面的污染物，利于石墨烯薄膜20的制作。可以采用化学气相沉积(CVD)的方法在锗衬底上生长单层、双层或者多层石墨烯薄膜20。当然，也可以采用转移的方法在所述锗衬底上覆盖一层石墨烯薄膜20。本实施例中，采用化学气相沉积工艺在所述锗衬底上生长单层石墨烯薄膜20。所述石墨烯薄膜20的厚度较薄，控制在0?5nm范围内。然后执行步骤S2，如图4所示，在所述石墨烯薄膜20表面沉积一层金属层30。可以采用电子束蒸发或者磁控溅射的方法在所述石墨烯薄膜20表面沉积一层金属层30。沉积的金属层30可以是N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt等中的一种或多种形成的叠加结构，或者为上述任意两种或多种金属形成的合金。当然，也可以是其他合适的金属或合金材料，在此不限。沉积的金属层30的厚度在1?lOOnm范围内。本实施例中，所述当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用石墨烯插入层外延生长金属/半导体材料的方法，其特征在于，所述方法至少包括步骤：1)提供一半导体衬底，在所述半导体衬底表面形成石墨烯薄膜；2)在所述石墨烯薄膜表面沉积一层金属层；3)进行快速退火，使所述半导体衬底表层的一部分原子穿过所述石墨烯薄膜与所述金属层发生反应，形成金属/半导体材料层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张波，侯春雷，孟骁然，狄增峰，张苗，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31