[发明专利]晶片尺度外延石墨烯转移

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及制造，更具体地，涉及使用应力源层分离石墨烯层中的单层（monolayer）的方法和器件。

背景技术

微电子器件越来越广泛的应用石墨烯器件，因为它们具有导电、机械以及其它特性。相对于传统工艺，石墨的处理相对于传统处理技术通常不是常规的并且通常难以控制以及难以与半导体处理集成。可以使用多种技术获得石墨烯。一种流行的技术包括石墨烯的微机械减层（alleviation）。其包括使用粘性带将石墨晶体重复分裂成越来越薄的片。具有附着的光学透明薄片（flake）的带在丙酮中溶解，并且在硅晶片上沉淀包括单层的薄片。这已经通过干沉积改善，避免了石墨烯漂浮在液体中的阶段。此方法通常被称为“透明胶带（scotch tape）”或者拖拉法。此技术不能制造均匀石墨烯膜。

获得石墨烯的另一种方法是在低压力(～10-6托)下加热碳化硅(SiC)到高温(>1100℃)以将其还原为石墨烯。此工艺制造的外延石墨烯具有依赖于SiC衬底（晶片）尺寸的尺寸。用于石墨烯形成的SiC的面、硅-或者碳-封端极大影响石墨烯的厚度、迁移率和载流子密度。石墨烯层的剥落和转移通常很困难。

另一种方法使用金属衬底的原子结构以提供石墨烯生长的种子（外延生长）。在一种技术中，使用铜箔并且在很低的气压下，在单个石墨烯层形成之后石墨烯的生长自动停止。还可以通过化学气相沉积（CVD）生长制造任意大的石墨烯膜。在铜上还可以形成多层石墨烯。然而，石墨烯层很难剥落和转移。在金属衬底上的CVD生长的另一个优点是生长的石墨烯层是多晶。

发明内容

一种用于二维材料的转移的方法包括：在衬底上形成二维材料的扩展层，扩展层具有单层（monolayer）。在扩展层上形成应力源层，以及应力源层被配置为向扩展层的最近单层施加应力。通过机械分裂扩展层剥落最近单层，其中最近单层保留在应力源层上。

一种用于转移石墨烯的方法包括在碳化硅（SiC）衬底上形成石墨烯的扩展层，扩展层具有至少一个单层；在扩展层上沉积应力源层，应力源层被配置为向扩展层的至少最近单层施加应力；接合处理衬底到应力源层；通过从扩展层剥落至少最近单层而分裂扩展层，其中至少最近单层保留在应力源层上；以及使用处理衬底转移应力源层上的至少最近单层。

另一用于转移石墨烯的方法包括：通过加热衬底到大于1000℃的温度，在碳化硅衬底上形成包括石墨烯的单层的扩展层，其中与衬底接触的SiC缓冲层包括与下面材料的共价接合；在扩展层上沉积应力源层，应力源层被配置为向扩展层的至少最近单层施加应力；接合处理衬底到应力源层；通过从扩展层剥落至少最近单层分裂扩展层，其中通过使用应力源层的诱导应力克服将至少最近单层保持到邻近材料的范德瓦尔斯力，至少最近单层保留在应力源层上；使用处理衬底转移在应力源层上的至少最近单层；以及蚀刻掉应力源层以将至少最近单层释放到用于器件形成的第二衬底上。

从联系附图阅读的随后对示出的实施例的详细描述，将明白这些和其它特征以及优点。

附图说明

在参考随后的附图的优选实施例的描述详细提供了本发明：

图1示出了根据本发明的具有在其上形成的扩展层的衬底的截面图；

图2A示出了根据本发明的在扩展层上形成应力源层的截面图；

图2B示出了根据本发明的在SiC衬底上的石墨烯扩展层上形成应力源层的截面图；

图3A示出了根据本发明的用于处理扩展层的一个或多个单层的分裂而粘接到应力源层的处理衬底的截面图；

图3B示出了根据本发明的用于处理一个或多个石墨烯单层从缓冲层的分裂而粘接到应力源层的处理衬底的截面图；

图4示出了根据本发明的其中单层将被转移的第二衬底上的处理衬底；

图5示出了根据本发明的具有在其上形成的单层的第二衬底的截面图；

图6是根据本发明的示出了已被转移的高质量单层的拉曼谱强度（任意单位）对拉曼移动（cm^-1)的图；以及

图7是根据示例实施例的用于转移单层的方法的框/流程图。

具体实施方式