一种石墨烯沟道结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种石墨烯沟道结构及其制作方法，在硅衬底上的热氧化层的沟槽中形成铜填充层，以及，在所述铜填充层上沉积镍薄膜层后，在所述镍薄膜层中加入碳材料，即而执行退火工艺，以使所述镍薄膜层中的所述碳材料析出在所述镍薄膜层和所述铜填充层之间，形成石墨烯沟道层，之后再去除所述镍薄膜层和所述铜填充层，以形成所述石墨烯沟道结构。通过采用非转移式的石墨烯薄膜生长方法，可有效消除石墨烯薄膜转移工艺中引入的各种污染、缺陷及损伤，且悬空的石墨烯沟道结构，保护了石墨烯薄膜的表面质量，不会被粘附的各种介质层损伤。

A kind of graphene channel structure and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯沟道结构及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种石墨烯沟道结构及其制作方法。
技术介绍
石墨烯(graphene)是碳原子紧密堆积形成的单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质材料，室温下具有10倍于商用硅片的高载流子迁移率(10000cm2V-1s-1)。石墨烯的单原子层结构使其具有独特的量子输运特性，电子结构易于调控。石墨烯基纳电子器件的显著优势是整个电路的各种部件，可能制造并集成在同一片石墨烯衬底上，从而避免一维材料基器件中难以实现的集成问题，使得其在纳米电子器件中有巨大的应用潜力。在目前的石墨烯基器件工艺开发中，通常需要在特定的衬底上生长单层或多层的石墨烯薄膜，然后将这些石墨烯薄膜转移到目标基底上，通过后续工艺形成电子器件。这种膜层转移工艺，容易引入很多难以有效控制的污染源，损伤石墨烯膜层表面；实际应用中，石墨烯纳米膜等制成的半导体器件，其沟道层即石墨烯薄膜不能悬空单独稳定存在，必须吸附于特定的膜层上。这样也会损伤石墨烯膜层表面，引入沟道界面缺陷，使石墨烯表面无悬挂键的特异性能减弱，相关器件性能下降。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，包括：/n提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底上沉积一热氧化层；/n选择性刻蚀所述热氧化层，并停止在所述半导体衬底上，以形成一沟槽；/n在所述沟槽中形成一铜填充层，所述铜填充层填满所述沟槽；/n沉积一镍薄膜层，所述镍薄膜层覆盖所述铜填充层的表面；/n在所述镍薄膜层中加入碳材料，进而执行退火工艺，以使所述镍薄膜层中的所述碳材料析出在所述镍薄膜层和所述铜填充层之间，形成石墨烯沟道层；/n去除所述镍薄膜层和所述铜填充层，以形成所述石墨烯沟道结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，包括：
提供一半导体衬底，并在所述半导体衬底上沉积一热氧化层；
选择性刻蚀所述热氧化层，并停止在所述半导体衬底上，以形成一沟槽；
在所述沟槽中形成一铜填充层，所述铜填充层填满所述沟槽；
沉积一镍薄膜层，所述镍薄膜层覆盖所述铜填充层的表面；
在所述镍薄膜层中加入碳材料，进而执行退火工艺，以使所述镍薄膜层中的所述碳材料析出在所述镍薄膜层和所述铜填充层之间，形成石墨烯沟道层；
去除所述镍薄膜层和所述铜填充层，以形成所述石墨烯沟道结构。


2.如权利要求1所述的石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，所述碳材料通过在所述镍薄膜层上沉积一碳薄膜层的方式加入，或者，通过离子注入的方式注入；若所述碳材料通过在所述镍薄膜层上沉积一碳薄膜层的方式加入，则在形成所述石墨烯沟道层后，所述石墨烯沟道结构的制作方法还包括：去除所述碳薄膜层。


3.如权利要求2所述的石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，采用化学气相沉积工艺沉积所述碳薄膜层，所述化学气相沉积工艺所采用的气体为C2H2或CH4、Ar以及H2，温度为400℃～800℃。


4.如权利要求2所述的石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，所述碳薄膜层的厚度为


5.如权利要求2所述的石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，采用等离子刻蚀工艺去除所述碳薄膜层，所述等离子刻蚀工艺所采用的气体为O2。


6.如权利要求1所述的石墨烯沟道结构的制作方法，其特征在于，
在沉积所述镍薄膜层之前，所述石墨烯沟道结构的制作方法还包括：在所述铜填充层和未被刻蚀的所述热氧化层的表面沉积一非晶硅薄膜层，以及，选择性刻蚀所述非晶硅薄膜层，以使所述铜填充层暴露出来；
所述镍薄膜层覆盖所述铜填充层的表面时，还延伸至覆盖所述非晶硅薄膜层的表面；...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱建军，康晓旭，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31