半导体结构的形成方法技术

一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成若干分立的半导体层；在所述半导体层侧壁表面形成隔离层；形成覆盖于所述半导体层顶部表面的含碳材料层；对所述含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层；在所述退火处理之后，去除所述含碳材料层。本发明专利技术形成的石墨烯层位置精确度高且质量好，石墨烯层仅覆盖于半导体层顶部表面，避免在半导体层侧壁表面生长石墨烯，从而提高半导体结构的性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，特别涉及一种半导体结构的形成方法。
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，为此半导体业界纷纷提出超越硅技术(BeyondSilicon)，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位晶体。实验证明，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，例如亚微米级的弹道输运特性，高载流子迁移率，可调谐带隙，室温下的量子霍尔效应等等，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、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，半导体业界对此显示了极大兴趣。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)。如何形成所述硅上的石墨烯器件，是半导体领域目前的研究重点之一。然而，现有技术形成的硅上的石墨烯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结构的形成方法，提高形成的石墨烯层的位置精确性，从而改善形成的半导体结构的性能。为解决上述问题，本专利技术提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成若干分立的半导体层；在所述半导体层侧壁表面形成隔离层；形成覆盖于所述半导体层顶部表面的含碳材料层；对所述含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层；在所述退火处理之后，去除所述含碳材料层。可选的，所述含碳材料层还覆盖于所述隔离层表面。可选的，采用旋转涂覆工艺形成所述含碳材料层。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，所述退火处理为激光退火、毫秒退火或快速热退火。可选的，所述激光退火的退火温度为1400摄氏度至1500摄氏度。可选的，所述毫秒退火的退火温度为1500摄氏度至1600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，在所述升温过程以及保温过程中，碳原子从所述含碳材料层中分解出；在所述保温过程中，所述半导体层顶部表面处于熔融状态，所述处于熔融状态的半导体层顶部表面吸收所述分解出的碳原子；在所述降温过程中，所述碳原子从半导体层顶部表面析出，析出的碳原子在半导体层顶部表面凝聚成核，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层。可选的，所述隔离层材料的熔点高于所述半导体层材料的熔点。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，所述隔离层的形成步骤包括：在所述半导体层的顶部表面和侧壁表面、基底表面形成隔离膜；回刻蚀所述隔离膜，去除位于半导体层顶部表面以及基底部分表面的隔离膜，形成覆盖于半导体层侧壁表面的隔离层。可选的，所述回刻蚀采用的工艺为同步脉冲刻蚀。可选的，所述同步脉冲刻蚀工艺的工艺参数为：刻蚀气体包括CF4、CHF3和CH2F2，其中，CF4流量为50sccm至500sccm，CHF3流量为0sccm至100sccm，CH2F2流量为0sccm至100sccm，刻蚀腔室压强为10毫托至200毫托，提供源功率200瓦至1000瓦，源功率的占空比为10％至90％，提供偏置功率0瓦至200瓦，偏置功率的占空比为10％至90％。可选的，采用湿法刻蚀工艺，去除所述含碳材料层。可选的，所述湿法刻蚀工艺的刻蚀液体为丙酮溶液。可选的，所述半导体层的材料为硅、锗或锗化硅。可选的，形成所述半导体层的工艺步骤包括：在所述基底表面形成半导体膜；在所述半导体膜表面形成图形化的掩膜层；以所述图形化的掩膜层为掩膜，刻蚀所述半导体膜直至暴露出基底表面，在所述基底表面形成若干分立的半导体层。可选的，所述基底包括衬底以及位于衬底表面的绝缘层。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点：本专利技术提供的半导体结构的形成方法的技术方案中，首先在基底表面形成若干分立的半导体层；在半导体层侧壁表面形成隔离层；形成覆盖于半导体层顶部表面的含碳材料层；然后对含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层；在所述退火处理之后，去除所述含碳材料层。本专利技术在形成石墨烯层的过程中，由于半导体层侧壁表面形成有隔离层，所述隔离层能够防止在半导体层侧壁表面生长石墨烯，使得形成的石墨烯层均匀的覆盖于半导体层的顶部表面，使得石墨烯层侧壁和半导体层侧壁齐平；并且本专利技术形成的石墨烯层未经历干法刻蚀工艺，使得石墨烯层具有良好的质量。因此本专利技术形成的半导体结构的性能优良，避免了额外的光吸收损失和光反射损失。进一步，本专利技术形成的含碳材料层还覆盖于隔离层表面，降低了形成含碳材料层的工艺难度。进一步，本专利技术中隔离层的形成步骤包括：在所述半导体层的顶部表面和侧壁表面、基底表面形成隔离膜；回刻蚀所述隔离膜，去除位于半导体层顶部表面以及基底部分表面的隔离膜，形成覆盖于半导体层侧壁表面的隔离层，且回刻蚀采用的工艺为同步脉冲刻蚀。采用同步脉冲刻蚀工艺，可以提高回刻蚀工艺的各向异性特性，使得形成的隔离层顶角接近直角，即隔离层的顶部尺寸和底部尺寸一致，因此半导体层顶角附近的侧壁也被隔离层有效的保护，防止半导体层顶角附近的侧壁表面生长石墨烯，从而进一步提高形成的石墨烯层的位置精确度。更进一步，本专利技术的退火处理为激光退火，且激光退火的退火温度为1400摄氏度至1500摄氏度，使得在保温过程中，碳原子在半导体层顶部表面具有较高的溶解度，因此在降温过程中，从半导体层顶部表面析出的碳原子含量也较多，有利于形成高质量的石墨烯层。附图说明图1至图2为本专利技术一实施例提供的半导体结构示意图；图3至图11为本专利技术另一实施例提供的半导体结构形成过程的剖面结构示意图。具体实施方式由
技术介绍
可知，现有技术形成的包含有硅上的石墨烯波导的半导体结构的性能有待提高。经研究发现，半导体结构的形成方法包括以下步骤，参考图1及图2，图2为图1沿切割线AA1的剖面结构示意图，步骤S1、提供基底100；步骤S2、在所述基底100表面形成绝缘层101；步骤S3、在所述绝缘层101表面形成若干分立的硅层102；步骤S4、在所述硅层102表面粘附石墨烯层103，所述硅层102以及石墨烯层103构成硅上的石墨烯波导。上述方法中，在硅波导102表面粘附的石墨烯层103的位置精确度差，石墨烯层103与硅层102的侧壁难以精确的对准并且石墨烯层103还容易粘附在硅层102侧壁表面，导致半导体结构中硅上的石墨烯波导具有光吸收损失和光散射损失。为此，提出一种新的半导体结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底表面形成绝本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底表面形成若干分立的半导体层；在所述半导体层侧壁表面形成隔离层；形成覆盖于所述半导体层顶部表面的含碳材料层；对所述含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层；在所述退火处理之后，去除所述含碳材料层。

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底表面形成若干分立的半导体层；在所述半导体层侧壁表面形成隔离层；形成覆盖于所述半导体层顶部表面的含碳材料层；对所述含碳材料层以及半导体层进行退火处理，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层；在所述退火处理之后，去除所述含碳材料层。2.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述含碳材料层还覆盖于所述隔离层表面。3.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用旋转涂覆工艺形成所述含碳材料层。4.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，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。5.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述退火处理为激光退火、毫秒退火或快速热退火。6.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述激光退火的退火温度为1400摄氏度至1500摄氏度。7.如权利要求5所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述毫秒退火的退火温度为1500摄氏度至1600摄氏度。8.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，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。9.如权利要求8所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，在所述升温过程以及保温过程中，碳原子从所述含碳材料层中分解出；在所述保温过程中，所述半导体层顶部表面处于熔融状态，所述处于熔融状态的半导体层
\t顶部表面吸收所述分解出的碳原子；在所述降温过程中，所述碳原子从半导体层顶部表面析出，析出的碳原子在半导体层顶部表面凝聚成核，在所述半导体层顶部表面形成石墨烯层。10.如权利要求1所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述隔离层材料的熔点高于所述半导体层材料的熔点。1...

【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，
类型：发明
国别省市：上海;31