[发明专利]用XPS计算石墨层厚度和测量硅碳化物含量的方法

说明书

提供了通过使用X射线光电子能谱(XPS)来测量石墨烯层的厚度的方法和测量硅碳化物的含量的方法。计算直接生长在硅衬底上的石墨烯层的厚度的方法包括：通过使用从石墨烯层发射的光电子束的信号强度与从硅衬底发射的光电子束的信号强度之间的比值来测量直接生长在硅衬底上的石墨烯层的厚度。

技术领域

一个或更多个实施方式涉及通过使用X射线光电子能谱(XPS)计算直接在硅衬底上生长的石墨烯层的厚度的方法以及测量硅衬底与石墨烯层之间的界面层中包括的硅碳化物的含量的方法。

背景技术

在半导体器件的领域中，为了解决随着金属互连的宽度的减小而增加的电阻并开发新的金属阻障材料，已经积极地进行了关于石墨烯的研究。石墨烯是由具有六角形蜂窝结构的二维连接的碳原子形成的材料。石墨烯具有原子尺寸级别的非常小的厚度。与硅相比，石墨烯具有更高的电泳性能，并且具有许多优点，诸如出色的热特性、化学稳定性和大的表面积。

发明内容

一个或更多个示例实施方式提供了通过使用X射线光电子能谱(XPS)计算直接在硅衬底上生长的石墨烯层的厚度的方法以及测量硅衬底与石墨烯层之间的界面层中包括的硅碳化物的含量的方法。

另外的方面将在下面的描述中部分地阐述，并且部分地从该描述将是明显的，或者可以通过本公开的所呈现的实施方式的实践而获知。

根据一实施方式，提供了一种通过使用X射线光电子能谱(XPS)仪器来测量直接生长在硅衬底上的石墨烯层的厚度的方法。该方法包括：使用XPS仪器，响应于向直接生长在硅衬底上的石墨烯层发射X射线辐射，从直接生长在硅衬底上的石墨烯层获得信号强度；以及根据以下等式计算石墨烯层的厚度t_G：

其中

λ_EAL是有效衰减长度，α是XPS仪器的检测角度，I_co是从块型石墨烯发射的光电子束的信号强度，I_sio是从块型硅发射的光电子束的信号强度，I_c是响应于石墨烯层通过XPS仪器接收X射线辐射而从石墨烯层发射并且由XPS仪器上的传感器检测到的光电子束的信号强度，I_si是响应于硅衬底通过XPS仪器接收X射线辐射而从硅衬底发射并且由XPS仪器上的传感器检测到的光电子束的信号强度，其中

XPS仪器可以通过从硅衬底发射的光电子束的所述信号强度I_si和从石墨烯层发射的光电子束的信号强度I_c之间的线性关系获得R₀。

在一些实施方式中，石墨烯层可以包括晶体石墨烯或纳米晶石墨烯。

在一些实施方式中，有效衰减长度可以根据由透射电子显微镜测量的结果与由XPS测量的结果之间的线性关系，经由校准而获得。

在一些实施方式中，块型石墨烯可以具有大于或等于约10nm的厚度。

根据另一实施方式，提供一种通过使用X射线光电子能谱(XPS)仪器测量直接生长在硅衬底上的石墨烯层的厚度的方法。界面层形成在硅衬底和石墨烯层之间。该方法包括：使用XPS仪器，响应于向直接生长在硅衬底上的石墨烯层发射X射线辐射，从直接生长在硅衬底上的石墨烯层获得信号强度；以及根据以下等式计算石墨烯层的所述厚度t_G，

其中