石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种石墨烯的生长方法，包括：提供单晶硅或单晶锗的衬底；在衬底上形成Si1-xGexCy的外延层，其中，0.7≤x<1,0.002≤y≤0.05；采用化学气相沉积的方法，在外延层上生长石墨烯层。该方法具有在锗基衬底上制备石墨烯的优势和特点，并能够承受长时间的高温环境，适宜于采用化学气相沉积的方法制备高质量的石墨烯。
【专利说明】
石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件
技术领域
[0001]本发明属于半导体制造领域，尤其涉及一种石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件。
【背景技术】
[0002]石墨稀材料是目如广泛研究的一种碳基材料，其具有尚的载流子迁移率、尚导电性能和高导热性。
[0003]目前，在非金属的衬底上生长石墨烯成为研究的热点，非金属的基底可以是例如Ge，Si02，h-BN(六角氮化硼)或者陶瓷等其他半导体、绝缘的晶体。其中，晶体Ge对C原子的重组具有很好的催化活性，同时，对C原子具有极低的可溶性，二者之间的热膨胀系数差异小，因此，在Ge衬底上，如Ge(10)，Ge(110)和Ge (111)，通过化学气相沉积(CVD)的方法生长石墨烯成为石墨烯制备的一种理想解决方案。然而，Ge的熔点较低，大致在937°C，而在制备高质量的石墨烯时，需要900°C以上的高温环境，已经非常靠近Ge的熔点，不利于石墨稀的生长。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种石墨烯的生长方法、石墨烯层及半导体器件，制备高质量的石墨烯。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:
[0006]一种石墨烯的生长方法，包括步骤:
[0007]提供单晶硅或单晶锗的衬底；
[0008]在衬底上形成Si1 xGexCy的外延层，其中，0.7彡χ<1, 0.002彡y彡0.05 ;
[0009]采用化学气相沉积的方法，在外延层上生长石墨烯层。
[0010]可选的，所述衬底为体硅衬底、SOI衬底、Ge衬底或GOI衬底。
[0011]可选的，化学气相沉积中采用的气体为碳源气体和h2。
[0012]可选的，生长石墨烯层时的温度为700-1000°C。
[0013]可选的，碳源气体和H2的比例可以为0.1:50至10:50。
[0014]此外，本发明还提供了一种石墨烯层，由上述方法生长的石墨烯层剥离后获得。
[0015]此外，本发明还提供了一种半导体器件，在上述的石墨烯层上形成。
[0016]本发明的石墨烯的生长方法，通过在衬底上形成Si1 xGexCy的外延层后，进行石墨烯层的生长，Si1 xGexCy的外延层具有较高的熔点，能够承受长时间的高温环境，且具有在锗基衬底上制备石墨烯的优势和特点，适宜于采用化学气相沉积的方法制备高质量的石墨稀。
【附图说明】
[0017]为了更清楚地说明本发明实施的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0018]图1为根据本发明实施例的石墨烯的生长方法的流程示意图；
[0019]图2-3为根据本发明实施例的生长方法制备石墨烯的各个制造过程中的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做详细的说明。
[0021]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
[0022]其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0023]在本发明中，提出了一种石墨烯的生长方法，包括:提供单晶硅或单晶锗的衬底；在衬底上形成Si1 xGexCy的外延层，其中，0.7 ( χ<1, 0.002 ^ y ^ 0.05 ;采用化学气相沉积的方法，在外延层上生长石墨烯层。
[0024]在本发明中，通过在衬底上形成SilxGexCy的外延层后，进行石墨烯层的生长，SilxGexCy的外延层具有较高的熔点，能够承受长时间的高温环境，且具有在锗基衬底上制备石墨烯的优势和特点，适宜于采用化学气相沉积的方法制备高质量的石墨烯。
[0025]为了更好的理解本发明的技术方案和技术效果，以下将结合具体的流程示意图图1对具体的实施例进行详细的描述。
[0026]首先，提供单晶的硅或单晶的锗的衬底100，参考图2所示。
[0027]在本发明的实施例中，所述衬底为单晶的硅或单晶的锗衬底，该衬底可以为体衬底或叠层衬底，其器件形成面为单晶的硅或锗的材料，以用于外延形成后续的外延层，例如可以为单晶体硅衬底、SOI (绝缘体上硅)衬底、单晶锗衬底或GOI (绝缘体上锗)衬底等，还可以为其他的置层衬底如娃错衬底等。
[0028]接着，在衬底100上形成SilxGexCy的外延层110，其中，
0.7彡x〈l, 0.002彡y彡0.05，参考图2所示。
[0029]对于单晶的硅衬底，可以通过CVD工艺，通入含Si，Ge和含C的气源，如SiH4, GeH4和CH4，在单晶的硅衬底上生长出单晶的Si1 xGexCy的外延层。对于单晶的锗衬底，可以通过CVD工艺，通入含Si，Ge和含C的气源，如SiH4, GeHjP CH 4，在单晶的锗衬底上生长出单晶的Si1 xGexCy的外延层。在单晶的硅或单晶的锗衬底上生长出的Si ! xGexCy的外延层为单晶的结构，具有在锗基衬底上制备石墨烯的优势，如对C原子的重组具有很好的催化活性，对C原子具有极低的可溶性，二者之间的热膨胀系数差异小等，同时，该外延层具有较高的熔点，能够承受长时间的高温环境，适宜于采用化学气相沉积的方法制备高质量的石墨烯。
[0030]而后，采用化学气相沉积的方法，在外延层110上生长石墨烯层120。
[0031]在本发明中，采用化学气相沉积的方法，在晶体的Si1 xGexCy的外延层上生长出石墨烯层，生长石墨烯层的碳源可以为烃类气体，如甲烷(CH4)、乙烯(C2H4)、乙炔(C2H2)或其他含碳气体等。
[0032]在本实施例中，碳源气体采用CH4,同时反应腔中混合有H2，CH4^P H 2的比例可以为:0.1:50至10:50，采用低压化学气相沉积(LPCVD)的工艺方法，生长的温度范围可以为700-1000°C，时间可以为Imin-1Ohji1 xGexCy的外延层110作为石墨烯生长的晶体材料，从而在外延层110上生长出单层或多层的石墨烯层120，如图3所示。
[0033]至此，形成了本发明实施例的石墨烯层。
[0034]而后，可以采用剥离技术，将石墨烯层剥离，进而进行半导体器件的制造。
[0035]以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。
[0036]虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种石墨烯的生长方法，其特征在于，包括步骤: 提供单晶的硅或单晶的锗衬底； 在衬底上形成Si1 xGexCy的外延层，其中，0.7彡χ<1, 0.002彡y彡0.05 ; 采用化学气相沉积的方法，在外延层上生长石墨烯层。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述衬底为体硅衬底、SOI衬底、Ge衬底或GOI衬底。3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，化学气相沉积中采用的气体为碳源气体和H2。4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，生长石墨烯层时的温度为700-1000°C。5.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，碳源气体和H2的比例为0.1:50至10:50。6.一种石墨烯层，其特征在于，由权利要求1-5中任一项所述的方法生长的石墨烯层剥尚后获得。7.一种半导体器件，其特征在于，在权利要求6所述的石墨烯层上形成。
【文档编号】H01L21/02GK105990091SQ201510048255
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年1月29日
【发明人】罗军, 亨利·H·阿达姆松, 王桂磊, 赵超
【申请人】中国科学院微电子研究所