一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體器件的制作方法，特別是涉及一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法。
【背景技術】
[0002]傳統(tǒng)晶體管的源漏區(qū)域，其電極一般采用半導體和金屬電極之間直接接觸，接觸電阻很大，形成的肖特基勢壘很高，從而影響了器件的性能。因此，人們不停地尋找一種能夠降低電極接觸電阻的方法，其中，一種效果良好的結構基本完全取代了半導體和金屬電極直接接觸的技術，這種效果良好的結構是采用金屬和半導體材料，例如，Si材料，反應生成金屬硅化物來作為接觸材料，從而可以大幅度降低接觸電阻和肖特基勢壘，并得到了廣泛的應用。
[0003]但是，金屬和半導體材料直接反應生成金屬/半導體接觸材料，其反應速度過快，導致在半導體材料表面生成的金屬/半導體材料不均勻且不穩(wěn)定，質量不佳。為了改善接觸材料的質量，現(xiàn)有技術中，會在待反應的金屬和半導體材料之間制作一層金屬插入層，例如，在半導體材料Sii xGex和Ni金屬層之間制作一層Ti金屬薄膜，之后通過快速退火使所述Ni金屬向下穿過所述Ti金屬薄膜與所述Sh xGex層反應生成NiSh #6)!層，該NiSh xGex層作為半導體材料與后續(xù)金屬電極之間的接觸材料。
[0004]但是，一般來說，金屬硬度很低，因此，金屬作為插入層時，上層待反應的金屬在插入層中的擴散速較快，最終導致與下層半導體反應的速度也較快，反應生成的金屬/半導體材料依然不能滿足工藝上均勻、穩(wěn)定、質量好的要求，影響后續(xù)金屬電極與半導體材料的接界面觸特性。
[0005]鑒于以上缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種制作均勻平整、穩(wěn)定質量好的金屬/半導體接觸材料的方法。
【發(fā)明內容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，用于解決現(xiàn)有技術中不易形成厚度均勻、穩(wěn)定且質量好的金屬/半導體薄膜材料的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，所述方法至少包括步驟:
[0008]1)提供一半導體襯底，在所述半導體襯底表面形成石墨烯薄膜；
[0009]2)在所述石墨烯薄膜表面沉積一層金屬層；
[0010]3)進行快速退火，使所述半導體襯底表層的一部分原子穿過所述石墨烯薄膜與所述金屬層發(fā)生反應，形成金屬/半導體材料層。
[0011]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述半導體襯底為硅襯底、鍺襯底或者表面外延有SilxGex層的硅襯底，其中，0.05 ^ X ^ 0.9，所述Sii xGex的厚度范圍為50?lOOnm。
[0012]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述步驟1)中在形成石墨烯薄膜之前還包括采用標準RCA清洗工藝清洗所述半導體襯底的步驟。
[0013]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述步驟1)中采用化學氣相沉積或轉移的方法在所述半導體襯底上形成石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜為單層、雙層或者多層。
[0014]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述石墨烯薄膜的厚度范圍為0?5nm。
[0015]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述步驟2)中采用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在所述石墨烯薄膜的表面沉積一層金屬層。
[0016]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述步驟2)中金屬層為N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt中的一種或多種形成的疊加結構，或者為上述任意兩種或多種金屬形成的合金。
[0017]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述金屬層的厚度范圍為1?lOOnm。
[0018]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述步驟3)的快速退火工藝在真空或者惰性氣氛中進行，退火溫度范圍為100?1000°C，退火時間為1?1000秒。
[0019]作為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的一種優(yōu)選的方案，所述惰性氣氛為N2或Ar氣。
[0020]如上所述，本發(fā)明的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，至少包括以下步驟:1)提供一半導體襯底，在所述半導體襯底表面形成石墨烯薄膜；2)在所述石墨烯薄膜表面沉積一層金屬層；3)進行快速退火，使所述半導體襯底表層的一部分原子穿過所述石墨烯薄膜與所述金屬層發(fā)生反應，形成金屬/半導體材料層。本發(fā)明通過采用堅硬的石墨烯薄膜作為插入層，快速退火階段半導體材料的原子在插入層中的擴散速度較為緩慢，使材料整體的反應更加平衡，從而獲得均勻平整且穩(wěn)定的金屬/半導體材料，改善界面的接觸特性。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法的流程示意圖。
[0022]圖2?圖3為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法步驟1)中所呈現(xiàn)的結構示意圖。
[0023]圖4為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法步驟2)中所呈現(xiàn)的結構示意圖。
[0024]圖5為本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法步驟3)中所呈現(xiàn)的結構示意圖。
[0025]元件標號說明
[0026]S1 ?S3 步驟
[0027]10 半導體襯底
[0028]20 石墨烯薄膜
[0029]30 金屬層
[0030]40 金屬/半導體材料層
【具體實施方式】
[0031]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0032]請參閱附圖1?圖5。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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)也可能更為復雜。
[0033]實施例一
[0034]本發(fā)明提供一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，如圖1所示，所述方法至少包括以下步驟:
[0035]S1，提供一半導體襯底，在所述半導體襯底表面形成石墨烯薄膜；
[0036]S2,在所述石墨烯薄膜表面沉積一層金屬層；
[0037]S3，進行快速退火，使所述半導體襯底表層的一部分原子穿過所述石墨烯薄膜與所述金屬層發(fā)生反應，形成金屬/半導體材料層。
[0038]以下結合具體附圖對本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法做詳細的介紹。
[0039]首先執(zhí)行步驟S1，如圖2和圖3所示，提供一半導體襯底10，在所述半導體襯10底表面形成石墨烯薄膜20。
[0040]本實施例中，所述半導體襯底為10采用鍺的初始襯底。在進行石墨烯薄膜20制作之前，需要采用標準RCA清洗工藝清洗所述半導體襯底10，以去除所述半導體襯底10表面的污染物，利于石墨烯薄膜20的制作。
[0041]可以采用化學氣相沉積(CVD)的方法在鍺襯底上生長單層、雙層或者多層石墨烯薄膜20。當然，也可以采用轉移的方法在所述鍺襯底上覆蓋一層石墨烯薄膜20。本實施例中，采用化學氣相沉積工藝在所述鍺襯底上生長單層石墨烯薄膜20。所述石墨烯薄膜20的厚度較薄，控制在0?5nm范圍內。
[0042]然后執(zhí)行步驟S2，如圖4所示，在所述石墨烯薄膜20表面沉積一層金屬層30。
[0043]可以采用電子束蒸發(fā)或者磁控濺射的方法在所述石墨烯薄膜20表面沉積一層金屬層30。沉積的金屬層30可以是N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt等中的一種或多種形成的疊加結構，或者為上述任意兩種或多種金屬形成的合金。當然，也可以是其他合適的金屬或合金材料，在此不限。
[0044]沉積的金屬層30的厚度在1?lOOnm范圍內。本實施例中，所述