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      用于處理載體的方法

      文檔序號(hào):9752545閱讀:636來源:國(guó)知局
      用于處理載體的方法
      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]各種實(shí)施例總體上涉及一種用于處理載體的方法。
      【背景技術(shù)】
      [0002]通常,在使用典型的半導(dǎo)體工業(yè)的處理的情況下,形成非常薄的材料層(例如具有在納米范圍內(nèi)的厚度或者具有甚至小于I納米的厚度)可能非常有挑戰(zhàn)性。然而,所謂的二維材料對(duì)于電子設(shè)備和集成電路技術(shù)而言可能非常有吸引力。石墨烯(例如包括六邊形布置的碳原子的層)可以具有極好的電子性質(zhì),以實(shí)現(xiàn)例如具有增加的響應(yīng)和/或開關(guān)行為的晶體管的制造。另外,超薄的材料層可以與對(duì)應(yīng)的體材料相比具有增強(qiáng)的性質(zhì)。因此,二維材料對(duì)于微電子(例如對(duì)于開發(fā)各種類型的傳感器、晶體管等)可能非常重要,其中挑戰(zhàn)性的任務(wù)可能是將這些二維材料合并到微芯片中用于仿真普通的硅技術(shù)。

      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0003]根據(jù)各種實(shí)施例,一種用于處理載體的方法可以包括:在載體的表面之上共同沉積來自第一源的至少一種金屬以及來自第二源的碳以形成第一層;在第一層之上形成第二層,第二層包括擴(kuò)散阻擋材料,其中碳在擴(kuò)散阻擋材料中的溶解度小于在至少一種金屬中的溶解度;以及通過溫度處理在載體的表面處從第一層形成石墨烯層。
      【附圖說明】
      [0004]在附圖中,相似的附圖標(biāo)記遍及不同視圖通常指代相同的部分。附圖未必按比例,相反,通常重點(diǎn)在于說明本發(fā)明的原理。在下面的描述中,參考下面的附圖描述本發(fā)明的各種實(shí)施例,在附圖中:
      [0005]圖1示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于處理載體的方法的示意性流程圖;
      [0006]圖2A到圖2C分別在示意性橫截面視圖或者側(cè)視圖中示出根據(jù)各種實(shí)施例的在處理期間的各個(gè)階段處的載體;
      [0007]圖3A和圖3B分別在示意性橫截面視圖或者側(cè)視圖中示出根據(jù)各種實(shí)施例的在處理期間的各個(gè)階段處的載體;
      [0008]圖4A到圖4F分別在示意性橫截面視圖或者側(cè)視圖中示出根據(jù)各種實(shí)施例的在處理期間的各個(gè)階段處的載體;
      [0009]圖5A到圖5C分別在示意性橫截面視圖或者側(cè)視圖中示出根據(jù)各種實(shí)施例的在處理期間的各個(gè)階段處的載體;
      [0010]圖6示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于處理載體的方法的示意性流程圖;
      [0011]圖7A和圖7B分別在示意性橫截面視圖或者側(cè)視圖中示出根據(jù)各種實(shí)施例的在處理期間的各個(gè)階段處的載體;
      [0012]圖8示出根據(jù)各種實(shí)施例的用于處理載體的方法的示意性流程圖;以及
      [0013]圖9示出根據(jù)各種實(shí)施例的鎳層中的示意性離子注入分布。
      【具體實(shí)施方式】
      [0014]下面的詳細(xì)描述提及附圖,附圖通過圖示的方式示出可以在其中實(shí)踐本發(fā)明的特定細(xì)節(jié)和實(shí)施例。
      [0015]詞語“示例性”在本文中用于表示“用作示例、實(shí)例或說明”。本文中被描述為“示例性”的任何實(shí)施例或設(shè)計(jì)未必要被理解為與其他實(shí)施例或設(shè)計(jì)相比是優(yōu)選或有利的。
      [0016]關(guān)于形成在側(cè)面或表面“之上”的沉積材料所使用的詞語“之上”在本文中可以用于表示沉積材料可以形成在所暗示的側(cè)面或表面的“直接上面”,例如與其直接接觸。關(guān)于形成在側(cè)面或表面“之上”的沉積材料所使用的詞語“之上”在本文中可以用于表示沉積材料可以形成在所暗示的側(cè)面或表面的“間接上面”,其中所暗示的側(cè)面或表面與沉積材料之間布置有一個(gè)或多個(gè)附加層。
      [0017]關(guān)于以在載體(例如襯底、晶片或半導(dǎo)體工件)上或中或者“橫向”相鄰中的至少一種方式設(shè)置的結(jié)構(gòu)(或者結(jié)構(gòu)元件)的“橫向”延伸所使用的術(shù)語“橫向”在本文中可以用于表示沿著載體的表面的延伸或者位置關(guān)系。這表示,載體的表面(例如襯底的表面、晶片的表面或者半導(dǎo)體工件的表面)可以用作參考(其通常被稱為主處理表面)。另外,關(guān)于結(jié)構(gòu)(或者結(jié)構(gòu)元件)的“寬度”所使用的術(shù)語“寬度”在本文中可以用于表示結(jié)構(gòu)的橫向延伸。另外,關(guān)于結(jié)構(gòu)(或者結(jié)構(gòu)元件)的“高度”所使用的術(shù)語“高度”在本文中可以用于表示沿著垂直于載體的表面(例如垂直于載體的主處理表面)的方向的結(jié)構(gòu)的延伸。關(guān)于層的“厚度”所使用的術(shù)語“厚度”在本文中可以用于表示層的垂直于層被沉積在其上的支撐件(材料或材料結(jié)構(gòu))的表面的空間延伸。如果支撐件的表面平行于載體的表面(例如平行于主處理表面),則沉積在支撐件的表面上的層的“厚度”可以與層的高度相同。另外,“豎直”結(jié)構(gòu)可以被稱為沿著垂直于橫向方向(例如垂直于載體的主處理表面)的方向延伸的結(jié)構(gòu),并且“豎直”延伸可以被稱為沿著垂直于橫向方向的方向的延伸(例如垂直于載體的主處理表面的延伸)。
      [0018]根據(jù)各種實(shí)施例,載體(例如襯底、晶片或工件)可以由各種類型的半導(dǎo)體材料制成或者包括各種類型的半導(dǎo)體材料,包括例如硅、鍺、III到V族或者其他類型(包括例如聚合物),然而在另一實(shí)施例中,也可以使用其他合適的材料。在一種實(shí)施例中,載體由硅(摻雜的或者未摻雜的)制成,在備選實(shí)施例中,載體是絕緣體上硅(SOI)晶片。作為備選,可以使用任意其他合適的半導(dǎo)體材料用于載體,例如半導(dǎo)體復(fù)合材料(諸如砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)),但是也可以使用任意合適的三元半導(dǎo)體復(fù)合材料或四元半導(dǎo)體復(fù)合材料(諸如銦鎵砷(InGaAs))。根據(jù)各種實(shí)施例,載體可以是薄的或超薄的襯底或晶片,例如具有在從大約幾微米到大約幾十微米的范圍內(nèi)的厚度,例如在從大約5μηι到大約50 μm的范圍內(nèi),例如具有小于大約ΙΟΟμπι或小于大約50μηι的厚度。根據(jù)各種實(shí)施例,載體可以包括SiC(碳化硅)或者可以是碳化硅載體、碳化硅襯底、碳化硅晶片或碳化硅工件。根據(jù)各種實(shí)施例,載體可以包括Si02(氧化硅)或者可以是氧化硅載體、氧化硅襯底、氧化硅晶片或氧化硅工件。另外,載體可以包括在載體的表面處的電隔離材料(換言之電介質(zhì)材料或電絕緣材料)或者載體可以由電隔離材料組成使得能夠在載體的表面處形成或功能化電傳導(dǎo)層,例如石墨稀層。
      [0019]通常,材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)可以不通過其晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成排他性地定義。由于材料的表面的物理性質(zhì)(例如電子性質(zhì)(例如能帶結(jié)構(gòu)))可以不同于體材料的物理性質(zhì),所以如果可以在納米范圍或者甚至亞納米范圍內(nèi)減小層或區(qū)域的至少一個(gè)空間延伸,則層或區(qū)域的物理性質(zhì)可能存在差異。在這種情況下,形成層或材料的相應(yīng)材料的表面性質(zhì)可以支配層或區(qū)域的特性(例如物理性質(zhì)或化學(xué)性質(zhì))。在限制意義上,層或區(qū)域的至少一個(gè)維度可以具有若干埃的空間延伸,其可以是相應(yīng)材料的原子的僅一個(gè)單層的空間延伸。單層可以是具有橫向延伸和垂直于橫向延伸的層厚度(或高度)的層,層包括多個(gè)原子(或分子),其中層具有一個(gè)單原子(或分子)的厚度(或高度)。換言之,材料的單層可以不具有(沿著厚度或高度方向)布置在彼此之上的相等的原子(或分子)。
      [0020]根據(jù)各種實(shí)施例,可以有若干本質(zhì)上形成單層(所謂的自組裝單層)的不同的材料,其可以被稱為二維材料或者更精確地被稱為結(jié)構(gòu)二維材料。另外,這樣的結(jié)構(gòu)二維材料的典型代表是石墨烯,其包括碳原子的六邊形二維布置,被稱為蜂巢結(jié)構(gòu)。根據(jù)各種實(shí)施例,石墨烯還可以被稱為石墨烯片或石墨烯層。結(jié)構(gòu)二維材料的另外的代表可以是氫化石墨烯(石墨烷)或者部分氫化石墨烯。在純石墨烯片中,可以使用雜化(雜化原子軌道)來描述碳原子的結(jié)構(gòu)布置和結(jié)合,其中在這種情況下,碳原子是SP2雜化材料,這表示碳原子的共價(jià)鍵形成六邊形二維層、六邊形單層。在氫化石墨烯或石墨烷中,碳原子可以是SP3雜化材料或者是SP2雜化材料和SP 3雜化材料的混合,其中作為SP 3雜化材料的碳原子連接到氫原子,以形成片狀(二維)結(jié)構(gòu)。
      [0021]本文中所謂的結(jié)構(gòu)二維材料可以是沿著兩個(gè)空間方向具有共價(jià)鍵以形成片結(jié)構(gòu)或二維結(jié)構(gòu)(例如自組裝)的層,其中結(jié)構(gòu)二維材料可以不具有到在片結(jié)構(gòu)外部的其他原子的共價(jià)鍵。本文中所謂的結(jié)構(gòu)二維材料可以是包括材料的單層的層。本文中所謂的結(jié)構(gòu)二維材料可以是包括材料的雙層的層。根據(jù)各種實(shí)施例,石墨烯層可以包括二維結(jié)構(gòu)(例如六邊形布置的晶格)的碳。
      [0022]典型的三維材料(例如金屬體材料)可以具有不同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),這取決于材料的橫向延伸,例如,材料的單層或超薄層可以具有不同于相同材料的體材料的性質(zhì)。三維材料的單層或超薄層可以具有不同于材料的較厚層的性質(zhì),因?yàn)轶w積表面比變化。因此,材料的薄層的性質(zhì)可以追求材料的體材料性質(zhì)以增加層厚度。
      [0023]相反,包括結(jié)構(gòu)二維材料(例如石墨烯、石墨烷、硅烯、鍺烯)的層可以獨(dú)立于層厚度來保持其物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),例如結(jié)構(gòu)二維材料的單層可以具有與布置在彼此之上的多個(gè)單層基本上相同的性質(zhì),因?yàn)楦鱾€(gè)層基本上可以不耦合到彼此,例如因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)二維材料的各個(gè)層之間可以沒有共價(jià)、離子和/或金屬鍵。根據(jù)各種實(shí)施例,堆疊在彼此之上的多個(gè)石墨烯層或片可以彼此弱耦合(例如經(jīng)由范德瓦爾斯相互作用)。
      [0024]本文中所描述的共形層可以沿著與另一本體的界面僅呈現(xiàn)小的厚度變化,例如,層可以沿著界面的形態(tài)的邊緣、臺(tái)階或其他元素僅呈現(xiàn)小的厚度變化??梢哉J(rèn)為覆蓋(例如直接接觸)在下面的本體或基本結(jié)構(gòu)的表面的材料的單層是共形層??梢哉J(rèn)為覆蓋(例如直接接觸)在下面的本體或基本結(jié)構(gòu)的表面的結(jié)構(gòu)二維材料的單層或雙層是共形層。根據(jù)各種實(shí)施例,可以在載體的表面之上沉積包括多個(gè)共形層的層堆疊,其中層堆疊隨后被退火以在載體的表面形成共形的石墨烯層。
      [0025]如本文中所描述的,結(jié)構(gòu)二維材料可以呈現(xiàn)唯一的物理和/或化學(xué)性質(zhì)。石墨烯例如可以是半導(dǎo)體(例如零帶隙半導(dǎo)體)或具有非常高的電荷載流子迀移率(例如在電絕緣襯底上的在從大約40,000到大約200,000cm2/Vs的范圍內(nèi))的半金屬。另外,石墨稀可以具有其他獨(dú)特的性質(zhì)(電、機(jī)械、磁、熱、光等),以使得石墨烯在化學(xué)工業(yè)中更感興趣(例如用于在傳感器(氣體傳感器、磁性傳感器)中使用作為電極,在晶體管中使用作為量子點(diǎn)等)。然而,使用石墨烯以及其他有前途的結(jié)構(gòu)二維材料,可以包括沉積在電絕緣襯底上(例如在二氧化硅上)的一個(gè)或多個(gè)石墨烯層(例如石墨烯單層,例如石墨烯雙層,例如石墨烯多層)。
      [0026]根據(jù)各種實(shí)施例,可以提供一種用于處理載體的方法,其可以用于在任意載體上(例如在電介質(zhì)襯底上)形成結(jié)構(gòu)二維層。用于處理載體的方法可以用于形成材料的單層,例如石墨烯單層或石墨烯片。用于處理載體的方法可以用于形成材料的雙層,例如石墨烯雙層。用于處理載體的方法可以用于形成包括多個(gè)石墨烯片的層堆疊。用于處理載體的方法可以用于形成包括結(jié)構(gòu)二維材料(例如石墨烯)的層。如本文中所描述的用于處理載體的方法可以實(shí)現(xiàn)在電絕緣襯底上(或者在任意襯底上,因?yàn)樵摲椒梢圆幌抻谔囟愋偷囊r底)的包括(例如一個(gè)或多個(gè)石墨烯層或石墨烯片的)結(jié)構(gòu)二維材料的層的簡(jiǎn)單的、可控的、可復(fù)制的、合適的成本高效的制造。另外,如本文中所描述的用于處理載體的方法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大面積(例如大于Imm2)的處理和/或?qū)Y(jié)構(gòu)化(圖案化)的襯底的處理。換言之,如本文中所描述的用于處理載體的方法可以實(shí)現(xiàn)包括具有大的橫向延伸和/或覆蓋載體的大的面積的結(jié)構(gòu)二維材料的層的制造。另外,如本文中所描述的用于處理載體的方法可以減
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