石墨烯的生長方法、石墨烯層及半導體器件的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯的生長方法，包括：提供單晶硅或單晶鍺的襯底；在襯底上形成Si1-xGexCy的外延層，其中，0.7≤x<1,0.002≤y≤0.05；采用化學氣相沉積的方法，在外延層上生長石墨烯層。該方法具有在鍺基襯底上制備石墨烯的優勢和特點，并能夠承受長時間的高溫環境，適宜于采用化學氣相沉積的方法制備高質量的石墨烯。
【專利說明】
石墨烯的生長方法、石墨烯層及半導體器件
技術領域
[0001]本發明屬于半導體制造領域，尤其涉及一種石墨烯的生長方法、石墨烯層及半導體器件。
【背景技術】
[0002]石墨稀材料是目如廣泛研究的一種碳基材料，其具有尚的載流子遷移率、尚導電性能和高導熱性。
[0003]目前，在非金屬的襯底上生長石墨烯成為研究的熱點，非金屬的基底可以是例如Ge，Si02，h-BN(六角氮化硼)或者陶瓷等其他半導體、絕緣的晶體。其中，晶體Ge對C原子的重組具有很好的催化活性，同時，對C原子具有極低的可溶性，二者之間的熱膨脹系數差異小，因此，在Ge襯底上，如Ge(10)，Ge(110)和Ge (111)，通過化學氣相沉積(CVD)的方法生長石墨烯成為石墨烯制備的一種理想解決方案。然而，Ge的熔點較低，大致在937°C，而在制備高質量的石墨烯時，需要900°C以上的高溫環境，已經非常靠近Ge的熔點，不利于石墨稀的生長。

【發明內容】

[0004]本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種石墨烯的生長方法、石墨烯層及半導體器件，制備高質量的石墨烯。
[0005]為實現上述目的，本發明的技術方案為:
[0006]一種石墨烯的生長方法，包括步驟:
[0007]提供單晶硅或單晶鍺的襯底；
[0008]在襯底上形成Si1 xGexCy的外延層，其中，0.7彡χ<1, 0.002彡y彡0.05 ;
[0009]采用化學氣相沉積的方法，在外延層上生長石墨烯層。
[0010]可選的，所述襯底為體硅襯底、SOI襯底、Ge襯底或GOI襯底。
[0011]可選的，化學氣相沉積中采用的氣體為碳源氣體和h2。
[0012]可選的，生長石墨烯層時的溫度為700-1000°C。
[0013]可選的，碳源氣體和H2的比例可以為0.1:50至10:50。
[0014]此外，本發明還提供了一種石墨烯層，由上述方法生長的石墨烯層剝離后獲得。
[0015]此外，本發明還提供了一種半導體器件，在上述的石墨烯層上形成。
[0016]本發明的石墨烯的生長方法，通過在襯底上形成Si1 xGexCy的外延層后，進行石墨烯層的生長，Si1 xGexCy的外延層具有較高的熔點，能夠承受長時間的高溫環境，且具有在鍺基襯底上制備石墨烯的優勢和特點，適宜于采用化學氣相沉積的方法制備高質量的石墨稀。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發明實施的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為根據本發明實施例的石墨烯的生長方法的流程示意圖；
[0019]圖2-3為根據本發明實施例的生長方法制備石墨烯的各個制造過程中的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。
[0021]在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本發明，但是本發明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施例的限制。
[0022]其次，本發明結合示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本發明保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0023]在本發明中，提出了一種石墨烯的生長方法，包括:提供單晶硅或單晶鍺的襯底；在襯底上形成Si1 xGexCy的外延層，其中，0.7 ( χ<1, 0.002 ^ y ^ 0.05 ;采用化學氣相沉積的方法，在外延層上生長石墨烯層。
[0024]在本發明中，通過在襯底上形成SilxGexCy的外延層后，進行石墨烯層的生長，SilxGexCy的外延層具有較高的熔點，能夠承受長時間的高溫環境，且具有在鍺基襯底上制備石墨烯的優勢和特點，適宜于采用化學氣相沉積的方法制備高質量的石墨烯。
[0025]為了更好的理解本發明的技術方案和技術效果，以下將結合具體的流程示意圖圖1對具體的實施例進行詳細的描述。
[0026]首先，提供單晶的硅或單晶的鍺的襯底100，參考圖2所示。
[0027]在本發明的實施例中，所述襯底為單晶的硅或單晶的鍺襯底，該襯底可以為體襯底或疊層襯底，其器件形成面為單晶的硅或鍺的材料，以用于外延形成后續的外延層，例如可以為單晶體硅襯底、SOI (絕緣體上硅)襯底、單晶鍺襯底或GOI (絕緣體上鍺)襯底等，還可以為其他的置層襯底如娃錯襯底等。
[0028]接著，在襯底100上形成SilxGexCy的外延層110，其中，
0.7彡x〈l, 0.002彡y彡0.05，參考圖2所示。
[0029]對于單晶的硅襯底，可以通過CVD工藝，通入含Si，Ge和含C的氣源，如SiH4, GeH4和CH4，在單晶的硅襯底上生長出單晶的Si1 xGexCy的外延層。對于單晶的鍺襯底，可以通過CVD工藝，通入含Si，Ge和含C的氣源，如SiH4, GeHjP CH 4，在單晶的鍺襯底上生長出單晶的Si1 xGexCy的外延層。在單晶的硅或單晶的鍺襯底上生長出的Si ! xGexCy的外延層為單晶的結構，具有在鍺基襯底上制備石墨烯的優勢，如對C原子的重組具有很好的催化活性，對C原子具有極低的可溶性，二者之間的熱膨脹系數差異小等，同時，該外延層具有較高的熔點，能夠承受長時間的高溫環境，適宜于采用化學氣相沉積的方法制備高質量的石墨烯。
[0030]而后，采用化學氣相沉積的方法，在外延層110上生長石墨烯層120。
[0031]在本發明中，采用化學氣相沉積的方法，在晶體的Si1 xGexCy的外延層上生長出石墨烯層，生長石墨烯層的碳源可以為烴類氣體，如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)或其他含碳氣體等。
[0032]在本實施例中，碳源氣體采用CH4,同時反應腔中混合有H2，CH4^P H 2的比例可以為:0.1:50至10:50，采用低壓化學氣相沉積(LPCVD)的工藝方法，生長的溫度范圍可以為700-1000°C，時間可以為Imin-1Ohji1 xGexCy的外延層110作為石墨烯生長的晶體材料，從而在外延層110上生長出單層或多層的石墨烯層120，如圖3所示。
[0033]至此，形成了本發明實施例的石墨烯層。
[0034]而后，可以采用剝離技術，將石墨烯層剝離，進而進行半導體器件的制造。
[0035]以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明作任何形式上的限制。
[0036]雖然本發明已以較佳實施例披露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發明技術方案保護的范圍內。
【主權項】
1.一種石墨烯的生長方法，其特征在于，包括步驟: 提供單晶的硅或單晶的鍺襯底； 在襯底上形成Si1 xGexCy的外延層，其中，0.7彡χ<1, 0.002彡y彡0.05 ; 采用化學氣相沉積的方法，在外延層上生長石墨烯層。2.根據權利要求1所述的生長方法，其特征在于，所述襯底為體硅襯底、SOI襯底、Ge襯底或GOI襯底。3.根據權利要求1所述的生長方法，其特征在于，化學氣相沉積中采用的氣體為碳源氣體和H2。4.根據權利要求3所述的生長方法，其特征在于，生長石墨烯層時的溫度為700-1000°C。5.根據權利要求3所述的生長方法，其特征在于，碳源氣體和H2的比例為0.1:50至10:50。6.一種石墨烯層，其特征在于，由權利要求1-5中任一項所述的方法生長的石墨烯層剝尚后獲得。7.一種半導體器件，其特征在于，在權利要求6所述的石墨烯層上形成。
【文檔編號】H01L21/02GK105990091SQ201510048255
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年1月29日
【發明人】羅軍, 亨利·H·阿達姆松, 王桂磊, 趙超
【申請人】中國科學院微電子研究所