[发明专利]图案化的石墨烯的形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件制造技术，特别涉及一种图案化的石墨烯的形成方法。

背景技术

目前，在沟道中增加石墨烯(Graphene)来提高载流子迁移率。现有技术一种石墨烯的形成方法为：在半导体硅衬底表面形成一层聚乙烯甲基丙烯酸甲酯(Poly methyl methacrylate，PMMA)，PMMA是一种含碳聚合物，用于在激光的高温退火条件下形成石墨烯。

其形成原理主要是：硅衬底主要包含硅元素，在激光的照射下，硅衬底变为液态，液态的硅衬底相比于固态形式下可以更容易地吸收来自PMMA的碳元素，即液态的硅衬底相比于固态形式下对碳元素的溶解度更高，待激光照射结束后，硅衬底温度迅速冷却下降，又变为固态硅，因此溶解在其中的碳元素会迅速析出，停留在半导体硅衬底表面，形成所需要的石墨烯。在此过程中，需要采用波长为532纳米，能量为3.1瓦的钇铝石榴石(YAG)激光束照射PMMA及半导体硅衬底，长达5分钟，才能使得PMMA中的碳元素扩散至硅衬底中，然后照射结束后碳元素析出在硅衬底表面。

另外，由于碳元素在高温下容易变为气态，所以还需要在PMMA的表面覆盖一层如石英玻璃，以阻止碳元素的挥发，后续这层石英玻璃在不需要的情况下还需要去除。这不但使工序复杂化，而且也没有出版物记载如何将采用PMMA形成的石墨烯应用在工业生产的半导体器件的沟道中。一般地在半导体器件制造中，在半导体硅衬底上存在多个半导体器件，即存在多个沟道，所以需要将形成的石墨烯隔离开，位于每个沟道中，即形成图案化的石墨烯。所以说现有技术只概念性地提出采用PMMA形成石墨烯，但具体实现起来既费时又复杂，而且没有在工业制造中实际应用。

发明内容

有鉴于此，本发明解决的技术问题是：如何迅速形成图案化的石墨烯。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案具体是这样实现的：

本发明提供了一种图案化的石墨烯的形成方法，包括：

提供一半导体硅衬底，图案化所述半导体硅衬底；

在图案化的半导体硅衬底表面掺杂碳元素至预定深度形成图案化的含碳层；

激光退火所述图案化的含碳层，形成图案化的石墨烯。

含碳层的深度不大于10纳米。

采用钇铝石榴石YAG激光束进行激光退火。

采用YAG激光束进行激光退火的时间为毫秒级到秒级。

图案化所述半导体硅衬底包括刻蚀半导体硅衬底形成多个沟槽，在多个沟槽内填充材料；或者在半导体硅衬底表面形成图案化的掩膜。

如果在半导体硅衬底表面形成图案化的掩膜，则该方法进一步包括：在激光退火之后去除所述图案化的掩膜；或者在形成图案化的含碳层之后，且在激光退火之前去除所述图案化的掩膜。

本发明还提供了一种图案化的石墨烯的形成方法，包括：

提供一半导体硅衬底，在所述半导体硅衬底表面掺杂碳元素至预定深度形成含碳层；

图案化所述含碳层；

激光退火图案化的含碳层，形成图案化的石墨烯。

图案化所述含碳层包括：刻蚀含碳层至半导体硅衬底形成多个沟槽，在多个沟槽内填充材料。

由上述的技术方案可见，本发明的图案化的石墨烯的形成方法，关键是对半导体硅衬底进行碳元素的掺杂，使碳元素直接分布在硅衬底中，不需要象现有技术那样需要激光长时间的照射使碳元素扩散至硅衬底中。只需要扫描式地对掺杂有碳元素的硅衬底进行激光退火，退火结束后碳元素析出在硅衬底表面。而且，本发明图案化石墨烯的方法比较灵活易实现，隔离开的石墨烯，位于每个沟道中，用于提高载流子迁移率，为工业生产半导体器件带来方便。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种图案化的石墨烯的形成方法的流程示意图。

图2至图4为本发明实施例一第一种实现方法的具体结构示意图。

图5至图7为本发明实施例一第二种实现方法的具体结构示意图。

图8为本发明实施例二提供的一种图案化的石墨烯的形成方法的流程示意图。

图9至图11为本发明实施例二的一种实现方法的具体结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案、及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明利用示意图进行了详细描述，在详述本发明实施例时，为了便于说明，表示结构的示意图会不依一般比例作局部放大，不应以此作为对本发明的限定，此外，在实际的制作中，应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一