KR20210087823A - 선택적 그래핀 성장 방법 - Google Patents

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KR20210087823A
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신건욱
신현진
이은규
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Abstract

선택적 그래핀 성장 방법이 개시된다.
개시된 선택적 그래핀 성장 방법은, 기판에 국부적으로 이온을 주입하여 이온 주입 영역과, 이온 비주입 영역을 형성하는 단계와, 상기 이온 주입 영역 또는 이온 비주입 영역에 선택적으로 그래핀을 성장하는 단계를 포함한다.

Description

선택적 그래핀 성장 방법{Method of growing graphene selectively}
예시적인 실시예는 이온 주입법을 이용한 선택적 그래핀 성장 방법에 관한 것이다.
그래핀은 탄소원자들이 2차원적으로 연결되어 육각형 벌집(hexagonal honeycomb) 구조를 가지는 결정성(crystalline) 물질로서, 원자 크기 수준의 매우 얇은 두께를 가지고 있다. 이러한 그래핀은 화학기상증착법(CVD; Chemical Vapor Deposition)에 의해 합성하거나, 또는 그라파이트(graphite)를 한 겹씩 떼어냄으로써 얻어질 수 있다. 그래핀은 일반적으로 마이크로미터 수준의 크기를 가지는 결정들을 포함하고 있다. 한편, 나노결정질 그래핀은 나노 수준의 크기를 가지는 결정들을 포함하는 그래핀을 의미한다.
이러한 그래핀은 실리콘(Si)에 비해 높은 전기 이동도 및 우수한 열특성을 가지며, 화학적으로 안정하고, 표면적이 넓다는 장점을 가지고 있다.
예시적인 실시예는 이온 주입법을 이용한 선택적 그래핀 성장 방법을 제공한다.
예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법은, 기판에 국부적으로 이온을 주입하여 이온 주입 영역과, 이온 비주입 영역을 형성하는 단계; 및 상기 이온 주입 영역 또는 이온 비주입 영역에 선택적으로 그래핀을 성장하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 이온은 As, P, B, BCl2, In, Sb, Ge, N, H, He, 및 C 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 이온은 1011-1017 at/cm2 범위에서 주입될 수 있다.
상기 이온 주입 시 에너지는 0.1-10,000 keV 범위를 포함할 수 있다.
상기 이온은 상기 그래핀의 성장을 촉진하는 이온을 포함할 수 있다.
상기 이온은 상기 그래핀의 성장을 억제하는 이온을 포함할 수 있다.
상기 선택적 그래핀 성장 방법은, 상기 기판에 상기 그래핀의 성장을 억제하는 도펀트를 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 선택적 그래핀 성장 방법은, 상기 기판에 B(boron)을 도핑하고, 상기 이온 주입 영역에 P(phosphorus)을 주입하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 선택적 그래핀 성장 방법은, 상기 이온 주입 영역과 기판 사이에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 확산 방지막은 TiN, TaN, 그래핀, 또는 h-BN을 포함할 수 있다.
상기 기판은 반도체, 도체, 또는 절연체로 형성될 수 있다.
상기 기판은 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 티타늄 질화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나 또는 금속을 포함할 수 있다.
상기 그래핀은 플라즈마 화학기상증착 공정을 이용하여 성장될 수 있다.
상기 그래핀은 700도 이하의 온도에서 성장될 수 있다.
상기 그래핀은 0.01 Torr ~ 5 Torr의 공정 압력에서 성장될 수 있다.
상기 그래핀을 성장하는 단계는 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 사용할 수 있다.
상기 탄소 소스 가스는 메탄 가스, 에틸렌 가스, 아세틸렌 가스, 및 탄소를 포함하는 액상 전구체(liquid precursor)의 증기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 비활성 가스는 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법은 이온 주입법을 이용하여 간단하게 그래핀을 선택적으로 성장할 수 있다. 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법은 그래핀을 성장하기 위한 기판에 국부적으로 그래핀 성장을 촉진하거나 억제하는 이온을 주입하여 선택적으로 그래핀을 성장할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 다른 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 성장 시간에 대한 그래핀의 예상 두께를 나타낸 것이다.
도 4a 내지 도 4c는 다른 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명한 도면이다.
도 5a 내지 도 5i는 다른 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법에 대해 상세히 설명한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 크기나 두께는 설명의 명료성을 위하여 과장되어 있을 수 있다. 또한, 소정의 물질층이 기판이나 다른 층 상에 존재한다고 설명될 때, 그 물질층은 기판이나 다른 층에 직접 접하면서 존재할 수도 있고, 그 사이에 다른 제3의 층이 존재할 수도 있다. 그리고, 아래의 실시예에서 각 층을 이루는 물질은 예시적인 것이므로, 이외에 다른 물질이 사용될 수도 있다.
또한, 명세서에 기재된 “...부”, “모듈” 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 실시예에서 설명하는 특정 실행들은 예시들로서, 어떠한 방법으로도 기술적 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다.
“상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다.
방법을 구성하는 단계들은 설명된 순서대로 행하여야 한다는 명백한 언급이 없다면, 적당한 순서로 행해질 수 있다. 또한, 모든 예시적인 용어(예를 들어, 등등)의 사용은 단순히 기술적 사상을 상세히 설명하기 위한 것으로서 청구항에 의해 한정되지 않는 이상 이러한 용어로 인해 권리 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1a 내지 도 1c는 예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 나타낸 것이다.
도 1a를 참조하면, 반응 챔버(미도시)에 기판(10)을 구비한다. 기판(10)은 그래핀을 직접 성장시키기 위한 기판일 수 있다. 기판(10)은 반도체, 도체, 또는 절연체를 포함할 수 있다. 기판(10)은 예를 들면 소정 온도(예를 들면, 대략 700도) 이하의 온도에서 표면이 비활성화되어서 그래핀 성장을 위한 촉매 역할을 할 수 없는 물질을 포함할 수 있다. 하지만 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 기판(10)은 단결정 실리콘, 비정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 티타늄 질화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나 또는 금속을 포함할 수 있다. 금속은 예를 들면, 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 또는 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이상에서 언급된 물질들은 단지 예시적인 것으로, 기판(10)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
도 1b를 참조하면, 기판(10)에 이온을 국부적으로 주입하여 기판(10) 표면에이온 주입 영역(20)과, 이온 비주입 영역(22)이 형성될 수 있다.
이온은 예를 들어, As, P, B, BCl2, In, Sb, Ge, N, H, He, 및 C 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온 주입 영역(20)에 P 이온이 주입되는 것과 같이 단일 이온이 주입될 수 있다. 또는, P 이온과, C 이온이 같이 주입되는 것도 가능하다. 이온은 예를 들어, 1011-1017 at/cm2 범위에서 주입될 수 있다. 이온 주입 시 에너지는 0.1-10,000 keV 범위를 포함할 수 있다. 주입된 이온들이 기판의 표면 상태를 바꾸거나, 아웃 디퓨젼(out diffusion) 되는 정도를 바꿈으로써 인큐베이션 타임(incubation time)이나 결정핵 생성(nucleation)과 같은 그래핀의 성장 메커니즘을 제어하여 선택적 그래핀 성장이 가능하다.
이온은 예를 들어, 후술할 그래핀의 성장을 촉진하는 이온을 포함할 수 있다.
도 1c를 참조하면, 플라즈마 전원(미도시)으로부터 반응 챔버 내부에 플라즈마 생성을 위한 파워를 인가한다. 여기서, 플라즈마 생성을 위한 파워는 대략 50W ~ 500W 정도가 될 수 있다. 하지만 이에 한정되지는 않는다.
플라즈마 전원으로는 예를 들면 RF(Radio Frequency) 전원 또는 MW(Microwave) 전원이 사용될 수 있다.
플라즈마 전원으로부터 반응 챔버 내부에 플라즈마 생성을 위한 파워가 인가되면, 반응 챔버의 내부에는 전기장이 유도될 수 있다. 이와 같이 전기장이 유도된 상태에서 반응 챔버의 내부에 그래핀의 성장을 위한 반응 가스가 주입된다.
그래핀 성장을 위한 반응 가스가 주입되면, 이온 주입 영역(20)에 그래핀(30) 성장이 촉진되고, 이온 비주입 영역(22)에는 그래핀 성장이 억제될 수 있다. 그럼으로써, 그래핀(30)이 이온 주입 영역(20)에 선택적으로 성장될 수 있다.
그래핀의 성장을 위한 반응 가스로는 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스의 혼합 가스가 사용될 수 있다. 탄소 소스 가스는 그래핀 성장을 위한 탄소를 공급하는 가스가 될 수 있다. 예를 들면, 탄소 소스 가스는 탄화 수소 가스와, 탄소를 포함하는 액상 전구체(liquid precursor)의 증기 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 탄소 수소 가스는 예를 들면, 메탄 가스, 에틸렌 가스 및 아세틸렌 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 액상 전구체는 예를 들면, 톨루엔, 벤젠. 애니졸 및 에탄올 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
비활성 가스는 예를 들면, 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
플라즈마를 이용하여 그래핀을 성장하고자 하는 경우에는 반응 챔버의 내부로 주입되는 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스의 부피 비율이 예를 들면 대략 1~15 : 10~100 : 20~100 정도가 될 수 있다. 여기서, 반응 가스에 포함되는 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스의 부피 비율은 성장 조건(예를 들면, 성장 온도 등)에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
그래핀(30)을 성장시키기 위한 공정 온도는 예를 들어, 700도 이하가 될 수 있다. 예를 들면, 반응 챔버 내부의 공정 온도는 대략 300도 ~ 700도 정도가 될 수 있다.
그래핀(40)을 성장시키기 위한 공정 압력은 대략 0.01Torr ~ 10 Torr 정도가 될 수 있다. 예를 들어, 공정 압력은 0.01Torr ~ 5 Torr 범위를 포함할 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시적인 것으로 이외에도 다른 공정 압력이 사용될 수도 있다.
이와 같이 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스가 혼합된 반응 가스가 반응 챔버의 내부로 유입되면 이 반응 가스는 플라즈마 파워에 의해 인가되는 전기장에 의해 플라즈마 상태로 변하게 된다.
탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스가 혼합된 반응 가스의 플라즈마에 의해 활성화된 탄소 라디칼(active carbon radical)이 생성되어 기판(10)의 이온 주입 영역(20)의 표면에 흡착된다. 이온 주입 영역(20)은 그래핀 성장을 촉진하는 역할을 할 수 있다. 이온 비주입 영역(22)에도 그래핀이 성장될 수 있지만, 예를 들어, 성장 시간을 조절하여 이온 비주입 영역(22)에서 그래핀 성장이 시작되기 전에 이온 주입 영역(20)에서 그래핀 성장이 완료되도록 할 수 있다. 반응 가스 중에서 비활성 가스의 플라즈마는 탄소 소스 가스로부터 활성화된 탄소 라디칼을 생성시키고, 이렇게 생성된 활성화된 탄소 라디칼은 기판(10)의 이온 주입 영역(20)의 표면에 흡착됨으로써 기판(10)의 표면이 활성화된다. 이에 따라, 그래핀(30)이 국부적으로 선택적으로 성장될 수 있다.
기존에 그래핀의 선택적 성장 방법으로는 성장된 그래핀을 기판에 전사하고, 포토레지스트 공정을 통해 패터닝하는 단계를 포함하여 공정이 복잡하고, 유기물 및 용액의 사용에 따라 그래핀이 오염되는 문제가 있었다. 하지만, 본 실시예에서는 그래핀 성장을 위한 기판에 이온 주입 방법을 통해 간단하고, 직접적으로 그래핀의 선택 성장이 가능하다.
도 2a 내지 도 2c는 다른 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 반응 챔버(미도시) 내에 그래핀 성장을 위한 기판(110)이 구비된다. 기판(110)은 도펀트로 도핑될 수 있다. 도펀트로는 후술할 그래핀의 성장을 억제하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 전체적으로 보론(B)으로 도핑될 수 있다. 보론은 그래핀의 성장을 억제할 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 카본(C)으로 도핑될 수 있다. 카본은 그래핀의 성장을 촉진할 수 있다. 그래핀 성장을 촉진하는 이온은 그 크기가 작을수록 아웃 디퓨전(out diffusion)되는 속도와 양이 많고, 그 크기가 클수록 아웃 디퓨전되는 속도와 양이 적을 수 있다. 만약, 이온의 크기가 작은 영역과 큰 영역이 같이 존재하는 경우, 이온의 크기가 큰 영역에 먼저 증착되고, 이온의 크기가 작은 영역이 아웃 디퓨전에 의해 증착이 안되도록 조절할 수 있다.
기판(110)은 반도체, 도체, 또는 절연체를 포함할 수 있다.
예를 들면, 기판(10)은 단결정 실리콘, 비정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 티타늄 질화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나 또는 금속을 포함할 수 있다. 금속은 예를 들면, 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 또는 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이상에서 언급된 물질들은 단지 예시적인 것으로, 기판(10)은 이외에도 다른 다양한 물질을 포함할 수 있다.
도 2b를 참조하면, 기판(110)에 이온을 국부적으로 주입하여 기판(110) 표면에 이온 주입 영역(120)과, 이온 비주입 영역(122)이 형성될 수 있다. 이온은 그래핀의 성장을 촉진하는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 이온은 As, P, B, BCl2, In, Sb, Ge, N, H, He, 및 C 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 카본(C)은 그래핀 성장을 촉진할 수 있고, 나머지 이온들은 그래핀 성장을 억제할 수 있다. 이온은 예를 들어, 1011-1017 at/cm2 범위에서 주입될 수 있다. 이온 주입 시 에너지는 0.1-10,000 keV 범위를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 이온 주입 영역(120)에 P(Phosphorus) 이온이 주입되고, 기판(110) 전체에 B(Boron)으로 도핑될 수 있다. 이는 예시적인 것 뿐이고, 그래핀 성장을 촉진하는 이온과 그래핀 성장을 억제하는 물질을 이용하여 선택비를 높일 수 있다.
도 2c를 참조하면, 반응 챔버 내에 그래핀 성장을 위한 반응 가스가 주입되면, 이온 주입 영역(20)에 그래핀(30)이 성장되고, 이온 비주입 영역(22)에는 그래핀 성장이 억제될 수 있다. 그래핀 성장 방법은 도 1c를 참조하여 설명한 바와 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 3은 P 도핑된 폴리(Ph doped poly) 실리콘 기판과 B 도핑된 폴리(B doped poly) 실리콘 기판에서의 그래핀 성장에 대한 라만 스펙트럼을 도시한 것이다. 성장 시간에 따른 그래핀의 예상 두께를 나타낸 것이다. y축의 0.5 이하 영역은 실질적으로 그래핀 층이 없는 영역일 수 있다. B 도핑된 기판이 P 도핑된 기판에 비해 상대적으로 그래핀의 성장 시간이 많이 소요된다. 따라서, 도 2a의 그래핀 성장 기판(110)에 B로 도핑하고, 이온 주입 영역(120)에 P 이온을 주입할 때, 적절한 성장 시간을 조절함으로써 그래핀 성장의 선택비를 높일 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 또 다른 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 그래핀 성장을 위한 기판(210)이 구비된다. 기판(210)은 도 1a를 참조하여 설명한 기판(10)과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4b를 참조하면, 기판(210)에 국부적으로 이온을 주입하여 이온 주입 영역(220)과 이온 비주입 영역(222)을 형성할 수 있다. 이온은 그래핀 성장을 억제하는 물질을 포함할 수 있다.
도 4c를 참조하면, 반응 챔버(미도시) 내에 그래핀 성장을 위한 반응 가스가 주입되면, 이온 주입 영역(220)에서는 그래핀(30) 성장이 억제되고, 이온 비주입 영역(222)에서는 그래핀 직성장이 이루어질 수 있다. 따라서, 도 1a 내지 도 1c와 비교할 때, 그래핀 성장 영역이 반대로 구비될 수 있다. 한편, 기판(210)을 준비하는 단계에서 기판 전체에 그래핀 성장을 촉진하는 도펀트로 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다. 그래핀 성장을 촉진하는 도펀트로는 예를 들어, As, P, BCl2, In, Sb, Ge, N, H, He, 및 C 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그럼으로써, 이온 비주입 영역(222)에서 그래핀 성장을 촉진할 수 있다.
도 5a 내지 도 5i는 다른 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a를 참조하면, 그래핀 성장을 위한 기판(310)이 구비될 수 있다. 기판(310)은 도 1a를 참조하여 설명한 기판(10)과 실질적으로 동일하므로 여기서는 상세한 설명을 생략한다. 도 5b를 참조하면, 기판(310)에 포토레지스트(315)를 도포한다. 도 5c를 참조하면, 노광을 통해 포토레지스트(315)를 패터닝한다. 도 5d를 참조하면, 도 5c에 도시된 패터닝에 따라 식각을 하여 후술할 이온 주입 영역을 위한 그루브(317)를 형성한다.
도 5e를 참조하면, 포토레지스트를 제거하고, 확산 방지막(320)를 증착한다. 확산 방지막(320)은 예를 들어, TiN, TaN, 그래핀, 또는 h-BN을 포함할 수 있다. 확산 방지막(320)은 그래핀 성장을 위한 탄소 소스 가스가 기판(310)으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 그리하여, 그래핀이 원하지 않는 영역에 성장되는 것을 감소시킬 수 있다.
도 5f를 참조하면, 확산 방지막(320)을 그루브(317)에만 남기고 나머지 영역에 있는 확산 방지막(320)을 제거한다.
도 5g를 참조하면, 그루브(317)에 그래핀을 성장하기 위한 물질을 포함하는 성장부(330)를 형성할 수 있다. 성장부(330)는 단결정 실리콘, 비정질 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 티타늄 질화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나 또는 금속을 포함할 수 있다. 금속은 예를 들면, 구리(Cu), 니켈(Ni), 루테늄(Ru) 또는 텅스텐(W) 등을 포함할 수 있지만 이에 한정되는 것은 아니다. 성장부(330)는 기판(310)과 같은 재질을 포함할 수 있다. 하지만, 여기에 한정되는 것은 아니고, 성장부(330)가 기판(310)과 다른 재질로 형성되는 것도 가능하다. 성장부(330)는 예를 들어, 실리콘으로 형성될 수 있다.
도 5h를 참조하면, 성장부(330)에 이온을 주입하여 이온 주입 영역(340)을 형성할 수 있다. 이온이 주입되지 않은 영역은 이온 비주입 영역(342)일 수 있다.
도 5i를 참조하면, 그래핀 성장을 위한 반응 가스가 주입되면, 이온 주입 영역(340)에 그래핀(350)이 성장되고, 이온 비주입 영역(342)에는 그래핀 성장이 억제될 수 있다. 그럼으로써, 그래핀(350)이 이온 주입 영역(340)에 선택적으로 성장될 수 있다. 그리고, 이온 주입 영역(340)과 기판(310) 사이에 확산 방지막(325)이 형성되어 있으므로, 이온이 이온 주입 영역(340) 이상으로 확산되는 것을 방지할 수 있고, 그래핀의 선택적 성장의 정확도를 높일 수 있다.
예시적인 실시예에 따른 선택적 그래핀 성장 방법은 이온 주입법을 통해 간단하게 선택적 성장을 할 수 있다. 예시적인 실시예는 패터닝 공정 없이 직접적으로 선택적 성장이 가능하고, 선택 영역에 그래핀을 성장하여 캐핑(capping) 또는 인캡슐레이션(encapsulation) 적용이 가능하다. 또한, 그래핀의 선택 성장에 의해 선택 영역에서의 컨택 저항을 개선할 수 있다. 비교적 낮은 온도에서 기판의 표면에 나노결정질 그래핀을 직접적 및 선택적 성장을 하는 기술은 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 공정에서도 적용이 가능하므로, 베리어 금속(barrier metal) 또는 소스/드레인 컨택(source/drain contact) 등과 같은 반도체 소자의 요소를 형성하거나 또는 노광 장비의 펠리클(pellicle) 등을 제조하거나, DRMA 등에 용이하게 적용될 수 있다.
상기한 실시예들은 예시적인 것에 불과한 것으로, 당해 기술분야의 통상을 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 진정한 기술적 보호범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.
10,110,210,310:기판
20,120,220,340:이온 주입 영역
22,122,222,342:이온 비주입 영역
30,130,230,350:그래핀

Claims (18)

  1. 기판에 국부적으로 이온을 주입하여 이온 주입 영역과, 이온 비주입 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 이온 주입 영역 또는 이온 비주입 영역에 선택적으로 그래핀을 성장하는 단계;를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이온은 As, P, B, BCl2, In, Sb, Ge, N, H, He, 및 C 중 적어도 하나를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이온은 1011-1017 at/cm2 범위에서 주입되는 선택적 그래핀 성장 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이온 주입 시 에너지는 0.1-10,000 keV 범위를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 이온은 상기 그래핀의 성장을 촉진하는 이온을 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 이온은 상기 그래핀의 성장을 억제하는 이온을 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 상기 그래핀의 성장을 억제하는 도펀트를 도핑하는 단계를 더 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 B(boron)을 도핑하고, 상기 이온 주입 영역에 P(phosphorus)을 주입하는 단계를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 이온 주입 영역과 기판 사이에 확산 방지막을 형성하는 단계를 더 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 확산 방지막은 TiN, TaN, 그래핀, 또는 h-BN을 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 반도체, 도체, 또는 절연체로 형성된 선택적 그래핀 성장 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기판은 실리콘, 폴리실리콘, 실리콘 산화물, 티타늄 질화물 및 이들의 유도체 중 적어도 하나 또는 금속을 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 플라즈마 화학기상증착 공정을 이용하여 성장되는 선택적 그래핀 성장 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 700도 이하의 온도에서 성장되는 선택적 그래핀 성장 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀은 0.01 Torr ~ 5 Torr의 공정 압력에서 성장되는 선택적 그래핀 성장 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 그래핀을 성장하는 단계는 탄소 소스 가스, 비활성 가스 및 수소 가스의 혼합 가스를 반응 가스로 사용하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탄소 소스 가스는 메탄 가스, 에틸렌 가스, 아세틸렌 가스, 및 탄소를 포함하는 액상 전구체(liquid precursor)의 증기 중 적어도 하나를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 비활성 가스는 아르곤 가스, 질소 가스, 헬륨 가스, 크립톤 가스 및 크세논 가스 중 적어도 하나를 포함하는 선택적 그래핀 성장 방법.
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