[發明專利]晶片尺度外延石墨烯轉移

有效

• 申請號: 201410122665.X
• 申請日: 2014-03-28
• 公開（公告）號: CN104103567B
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發明（設計）人: S·W·比德爾;C·D·迪米特羅普洛斯;K·E·福格爾;J·B·汗農;金志煥;樸弘植;D·法伊弗;D·K·薩達那
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L21/683
• 分類號: H01L21/683
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 于靜,張亞非

技術領域

本發明涉及半導體器件及制造，更具體地，涉及使用應力源層分離石墨烯層中的單層（monolayer）的方法和器件。

背景技術

微電子器件越來越廣泛的應用石墨烯器件，因為它們具有導電、機械以及其它特性。相對于傳統工藝，石墨的處理相對于傳統處理技術通常不是常規的并且通常難以控制以及難以與半導體處理集成。可以使用多種技術獲得石墨烯。一種流行的技術包括石墨烯的微機械減層（alleviation）。其包括使用粘性帶將石墨晶體重復分裂成越來越薄的片。具有附著的光學透明薄片（flake）的帶在丙酮中溶解，并且在硅晶片上沉淀包括單層的薄片。這已經通過干沉積改善，避免了石墨烯漂浮在液體中的階段。此方法通常被稱為“透明膠帶（scotch tape）”或者拖拉法。此技術不能制造均勻石墨烯膜。

獲得石墨烯的另一種方法是在低壓力(～10-6托)下加熱碳化硅(SiC)到高溫(>1100℃)以將其還原為石墨烯。此工藝制造的外延石墨烯具有依賴于SiC襯底（晶片）尺寸的尺寸。用于石墨烯形成的SiC的面、硅-或者碳-封端極大影響石墨烯的厚度、遷移率和載流子密度。石墨烯層的剝落和轉移通常很困難。

另一種方法使用金屬襯底的原子結構以提供石墨烯生長的種子（外延生長）。在一種技術中，使用銅箔并且在很低的氣壓下，在單個石墨烯層形成之后石墨烯的生長自動停止。還可以通過化學氣相沉積（CVD）生長制造任意大的石墨烯膜。在銅上還可以形成多層石墨烯。然而，石墨烯層很難剝落和轉移。在金屬襯底上的CVD生長的另一個優點是生長的石墨烯層是多晶。

發明內容

一種用于二維材料的轉移的方法包括：在襯底上形成二維材料的擴展層，擴展層具有單層（monolayer）。在擴展層上形成應力源層，以及應力源層被配置為向擴展層的最近單層施加應力。通過機械分裂擴展層剝落最近單層，其中最近單層保留在應力源層上。

一種用于轉移石墨烯的方法包括在碳化硅（SiC）襯底上形成石墨烯的擴展層，擴展層具有至少一個單層；在擴展層上沉積應力源層，應力源層被配置為向擴展層的至少最近單層施加應力；接合處理襯底到應力源層；通過從擴展層剝落至少最近單層而分裂擴展層，其中至少最近單層保留在應力源層上；以及使用處理襯底轉移應力源層上的至少最近單層。

另一用于轉移石墨烯的方法包括：通過加熱襯底到大于1000℃的溫度，在碳化硅襯底上形成包括石墨烯的單層的擴展層，其中與襯底接觸的SiC緩沖層包括與下面材料的共價接合；在擴展層上沉積應力源層，應力源層被配置為向擴展層的至少最近單層施加應力；接合處理襯底到應力源層；通過從擴展層剝落至少最近單層分裂擴展層，其中通過使用應力源層的誘導應力克服將至少最近單層保持到鄰近材料的范德瓦爾斯力，至少最近單層保留在應力源層上；使用處理襯底轉移在應力源層上的至少最近單層；以及蝕刻掉應力源層以將至少最近單層釋放到用于器件形成的第二襯底上。

從聯系附圖閱讀的隨后對示出的實施例的詳細描述，將明白這些和其它特征以及優點。

附圖說明

在參考隨后的附圖的優選實施例的描述詳細提供了本發明：

圖1示出了根據本發明的具有在其上形成的擴展層的襯底的截面圖；

圖2A示出了根據本發明的在擴展層上形成應力源層的截面圖；

圖2B示出了根據本發明的在SiC襯底上的石墨烯擴展層上形成應力源層的截面圖；

圖3A示出了根據本發明的用于處理擴展層的一個或多個單層的分裂而粘接到應力源層的處理襯底的截面圖；

圖3B示出了根據本發明的用于處理一個或多個石墨烯單層從緩沖層的分裂而粘接到應力源層的處理襯底的截面圖；

圖4示出了根據本發明的其中單層將被轉移的第二襯底上的處理襯底；

圖5示出了根據本發明的具有在其上形成的單層的第二襯底的截面圖；

圖6是根據本發明的示出了已被轉移的高質量單層的拉曼譜強度（任意單位）對拉曼移動（cm^-1)的圖；以及

圖7是根據示例實施例的用于轉移單層的方法的框/流程圖。

具體實施方式