金屬層30選擇為Ni，厚度為50nm。
[0045]最后執(zhí)行步驟S3，如圖5所示，進行快速退火(RTA)，使所述半導體襯底10表層的一部分原子穿過所述石墨烯薄膜20與所述金屬層30發(fā)生反應(yīng)，形成金屬/半導體材料層40。
[0046]作為示例，所述快速退火工藝在真空或惰性氣氛中進行，退火的溫度選擇為100?1000°C，退火時間選擇為1?1000秒。進一步地，所述惰性氣氛可以是N2或Ar氣，當然，也可以是其他合適的惰性氣氛，在此不限。
[0047]本實施例中，所述快速退火在N2氣氣氛中進行，退火溫度為500°C，退火時間為80秒。
[0048]本實施例中，采用的半導體襯底10是鍺襯底，進行快速退火后在石墨烯薄膜20表面反應(yīng)生成的金屬/半導體材料層為金屬鍺化物。選擇Ni作為金屬層30材料，則反應(yīng)生成的金屬/半導體材料層40為鎳鍺化物。
[0049]本發(fā)明采用硬度最高的石墨烯作為插入層獲得均勻平整且質(zhì)量高的金屬/半導體材料的原因是:一方面，在快速退火過程中，堅硬的石墨烯可以使發(fā)生反應(yīng)的原子在穿過石墨烯薄膜時擴散速率相對較為緩慢，材料整體的反應(yīng)較為平衡；另一方面，傳統(tǒng)采用金屬作為插入層的方法，是由上層的金屬層原子向下擴散穿過插入層與半導體材料反應(yīng)，而本發(fā)明退火過程中，是由半導體材料的原子向上擴散穿過石墨烯插入層與金屬層材料發(fā)生反應(yīng)，這也會使得反應(yīng)發(fā)生較為緩慢，材料整體的反應(yīng)較為平衡，從而獲得均勻、平整且質(zhì)量高的金屬/半導體材料。
[0050]實施例二
[0051]本實施例以表面外延有Sh xGex層的硅襯底作為半導體襯底10來介紹本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，具體方法步驟如下:
[0052]首先，采用Si晶圓為初始襯底；
[0053]其次，對Si襯底進行標準的RCA清洗；
[0054]然后，在硅襯底上外延生長Sh xGex層，xGex層厚度范圍為50?lOOnm，x取值為0.05?0.9。本實施例中，所述厚度為80nm，x取值為0.8，即Si! xGex層為Si。.2^β0.8 層；
[0055]接著，在所述Sh xGex層上通過轉(zhuǎn)移的方法覆蓋一層石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的厚度為0.34nm ；
[0056]接著，利用電子束蒸發(fā)法或磁控濺射法，在石墨烯薄膜表面面沉積一層金屬層，所述金屬層N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt等中的一種或多種形成的疊加結(jié)構(gòu)，或者為上述任意兩種或多種金屬形成的合金，厚度為1?lOOnm。本實施例中，所述金屬層為Ti,厚度為lOOnm。
[0057]最后，進行快速熱退火，退火溫度為100-100(TC，退火氣氛為真空或N2、Ar等惰性氣氛，時間為1?1000秒。本實施例中，退火溫度為450°C，退火氣氛為真空，退火時間為50秒。
[0058]退火之后在所述石墨烯薄膜的表面反應(yīng)生成的金屬/半導體材料層為金屬硅鍺化物。金屬層選擇為Ti，則金屬/半導體材料層為鈦硅鍺化物。
[0059]實施例三
[0060]本實施例以硅襯底作為半導體襯底10來介紹本發(fā)明利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，具體方法步驟如下:
[0061]首先，采用Si晶圓為初始襯底；
[0062]其次，對所述Si襯底進行標準的RCA清洗；
[0063]接著，在所述硅襯底上通過轉(zhuǎn)移的方法覆蓋一層石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的厚度為0.34nm ；
[0064]接著，利用電子束蒸發(fā)法或磁控濺射法，在石墨烯薄膜表面面沉積一層金屬層，所述金屬層N1、T1、Co、Nb、Pb、Pt等中的一種或多種形成的疊加結(jié)構(gòu),或者為上述任意兩種或多種金屬形成的合金，厚度為1?lOOnm。本實施例中，所述金屬層為TiPt合金,厚度為30nmo
[0065]最后，進行快速熱退火，退火溫度為100-100(TC，退火氣氛為真空或N2、Ar等惰性氣氛，時間為1?1000秒。本實施例中，退火溫度為550°C，退火氣氛為Ar氣氛，退火時間為70秒。
[0066]退火之后在所述石墨烯薄膜的表面反應(yīng)生成的金屬/半導體材料層為金屬硅化物。金屬層選擇為TiPt，則金屬/半導體材料層為鈦鉬硅化物。
[0067]綜上所述，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，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(yīng)，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(yīng)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。
[0068]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0069]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【主權(quán)項】
1.一種利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于，所述方法至少包括步驟: 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(yīng)，形成金屬/半導體材料層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于: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Sh xGex的厚度范圍為50?lOOnm。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于: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。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于:所述步驟1)中采用化學氣相沉積或轉(zhuǎn)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。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于:所述石墨烯薄膜的厚度范圍為0?5nm。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于: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。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于: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(jié)構(gòu)，或者為上述任意兩種或多種金屬形成的合金。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于:所述金屬層的厚度范圍為1?lOOnm。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于:所述步驟3)的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。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的利用石墨烯插入層外延生長金屬/半導體材料的方法，其特征在于:所述惰性氣氛為N2或Ar氣。
【專利摘要】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(yīng)，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(yīng)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。
【IPC分類】H01L21/28
【公開號】CN105448690
【申請?zhí)枴緾N201410415714
【發(fā)明人】張波, 侯春雷, 孟驍然, 狄增峰, 張苗
【申請人】中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
【公開日】2016年3月30日
【申請日】2014年8月22日