用于处理载体的方法
【技术领域】
[0001]各种实施例总体上涉及一种用于处理载体的方法。
【背景技术】
[0002]通常，在使用典型的半导体工业的处理的情况下，形成非常薄的材料层(例如具有在纳米范围内的厚度或者具有甚至小于I纳米的厚度)可能非常有挑战性。然而，所谓的二维材料对于电子设备和集成电路技术而言可能非常有吸引力。石墨烯(例如包括六边形布置的碳原子的层)可以具有极好的电子性质，以实现例如具有增加的响应和/或开关行为的晶体管的制造。另外，超薄的材料层可以与对应的体材料相比具有增强的性质。因此，二维材料对于微电子(例如对于开发各种类型的传感器、晶体管等)可能非常重要，其中挑战性的任务可能是将这些二维材料合并到微芯片中用于仿真普通的硅技术。
【发明内容】
[0003]根据各种实施例，一种用于处理载体的方法可以包括:在载体的表面之上共同沉积来自第一源的至少一种金属以及来自第二源的碳以形成第一层；在第一层之上形成第二层，第二层包括扩散阻挡材料，其中碳在扩散阻挡材料中的溶解度小于在至少一种金属中的溶解度；以及通过温度处理在载体的表面处从第一层形成石墨烯层。
【附图说明】
[0004]在附图中，相似的附图标记遍及不同视图通常指代相同的部分。附图未必按比例，相反，通常重点在于说明本发明的原理。在下面的描述中，参考下面的附图描述本发明的各种实施例，在附图中:
[0005]图1示出根据各种实施例的用于处理载体的方法的示意性流程图；
[0006]图2A到图2C分别在示意性横截面视图或者侧视图中示出根据各种实施例的在处理期间的各个阶段处的载体；
[0007]图3A和图3B分别在示意性横截面视图或者侧视图中示出根据各种实施例的在处理期间的各个阶段处的载体；
[0008]图4A到图4F分别在示意性横截面视图或者侧视图中示出根据各种实施例的在处理期间的各个阶段处的载体；
[0009]图5A到图5C分别在示意性横截面视图或者侧视图中示出根据各种实施例的在处理期间的各个阶段处的载体；
[0010]图6示出根据各种实施例的用于处理载体的方法的示意性流程图；
[0011]图7A和图7B分别在示意性横截面视图或者侧视图中示出根据各种实施例的在处理期间的各个阶段处的载体；
[0012]图8示出根据各种实施例的用于处理载体的方法的示意性流程图；以及
[0013]图9示出根据各种实施例的镍层中的示意性离子注入分布。
【具体实施方式】
[0014]下面的详细描述提及附图，附图通过图示的方式示出可以在其中实践本发明的特定细节和实施例。
[0015]词语“示例性”在本文中用于表示“用作示例、实例或说明”。本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计未必要被理解为与其他实施例或设计相比是优选或有利的。
[0016]关于形成在侧面或表面“之上”的沉积材料所使用的词语“之上”在本文中可以用于表示沉积材料可以形成在所暗示的侧面或表面的“直接上面”，例如与其直接接触。关于形成在侧面或表面“之上”的沉积材料所使用的词语“之上”在本文中可以用于表示沉积材料可以形成在所暗示的侧面或表面的“间接上面”，其中所暗示的侧面或表面与沉积材料之间布置有一个或多个附加层。
[0017]关于以在载体(例如衬底、晶片或半导体工件)上或中或者“横向”相邻中的至少一种方式设置的结构(或者结构元件)的“横向”延伸所使用的术语“横向”在本文中可以用于表示沿着载体的表面的延伸或者位置关系。这表示，载体的表面(例如衬底的表面、晶片的表面或者半导体工件的表面)可以用作参考(其通常被称为主处理表面)。另外，关于结构(或者结构元件)的“宽度”所使用的术语“宽度”在本文中可以用于表示结构的横向延伸。另外，关于结构(或者结构元件)的“高度”所使用的术语“高度”在本文中可以用于表示沿着垂直于载体的表面(例如垂直于载体的主处理表面)的方向的结构的延伸。关于层的“厚度”所使用的术语“厚度”在本文中可以用于表示层的垂直于层被沉积在其上的支撑件(材料或材料结构)的表面的空间延伸。如果支撑件的表面平行于载体的表面(例如平行于主处理表面)，则沉积在支撑件的表面上的层的“厚度”可以与层的高度相同。另外，“竖直”结构可以被称为沿着垂直于横向方向(例如垂直于载体的主处理表面)的方向延伸的结构，并且“竖直”延伸可以被称为沿着垂直于横向方向的方向的延伸(例如垂直于载体的主处理表面的延伸)。
[0018]根据各种实施例，载体(例如衬底、晶片或工件)可以由各种类型的半导体材料制成或者包括各种类型的半导体材料，包括例如硅、锗、III到V族或者其他类型(包括例如聚合物)，然而在另一实施例中，也可以使用其他合适的材料。在一种实施例中，载体由硅(掺杂的或者未掺杂的)制成，在备选实施例中，载体是绝缘体上硅(SOI)晶片。作为备选，可以使用任意其他合适的半导体材料用于载体，例如半导体复合材料(诸如砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP))，但是也可以使用任意合适的三元半导体复合材料或四元半导体复合材料(诸如铟镓砷(InGaAs))。根据各种实施例，载体可以是薄的或超薄的衬底或晶片，例如具有在从大约几微米到大约几十微米的范围内的厚度，例如在从大约5μηι到大约50 μm的范围内，例如具有小于大约ΙΟΟμπι或小于大约50μηι的厚度。根据各种实施例，载体可以包括SiC(碳化硅)或者可以是碳化硅载体、碳化硅衬底、碳化硅晶片或碳化硅工件。根据各种实施例，载体可以包括Si02(氧化硅)或者可以是氧化硅载体、氧化硅衬底、氧化硅晶片或氧化硅工件。另外，载体可以包括在载体的表面处的电隔离材料(换言之电介质材料或电绝缘材料)或者载体可以由电隔离材料组成使得能够在载体的表面处形成或功能化电传导层，例如石墨稀层。
[0019]通常，材料的物理性质和化学性质可以不通过其晶体结构和化学组成排他性地定义。由于材料的表面的物理性质(例如电子性质(例如能带结构))可以不同于体材料的物理性质，所以如果可以在纳米范围或者甚至亚纳米范围内减小层或区域的至少一个空间延伸，则层或区域的物理性质可能存在差异。在这种情况下，形成层或材料的相应材料的表面性质可以支配层或区域的特性(例如物理性质或化学性质)。在限制意义上，层或区域的至少一个维度可以具有若干埃的空间延伸，其可以是相应材料的原子的仅一个单层的空间延伸。单层可以是具有横向延伸和垂直于横向延伸的层厚度(或高度)的层，层包括多个原子(或分子)，其中层具有一个单原子(或分子)的厚度(或高度)。换言之，材料的单层可以不具有(沿着厚度或高度方向)布置在彼此之上的相等的原子(或分子)。
[0020]根据各种实施例，可以有若干本质上形成单层(所谓的自组装单层)的不同的材料，其可以被称为二维材料或者更精确地被称为结构二维材料。另外，这样的结构二维材料的典型代表是石墨烯，其包括碳原子的六边形二维布置，被称为蜂巢结构。根据各种实施例，石墨烯还可以被称为石墨烯片或石墨烯层。结构二维材料的另外的代表可以是氢化石墨烯(石墨烷)或者部分氢化石墨烯。在纯石墨烯片中，可以使用杂化(杂化原子轨道)来描述碳原子的结构布置和结合，其中在这种情况下，碳原子是SP2杂化材料，这表示碳原子的共价键形成六边形二维层、六边形单层。在氢化石墨烯或石墨烷中，碳原子可以是SP3杂化材料或者是SP2杂化材料和SP 3杂化材料的混合，其中作为SP 3杂化材料的碳原子连接到氢原子，以形成片状(二维)结构。
[0021]本文中所谓的结构二维材料可以是沿着两个空间方向具有共价键以形成片结构或二维结构(例如自组装)的层，其中结构二维材料可以不具有到在片结构外部的其他原子的共价键。本文中所谓的结构二维材料可以是包括材料的单层的层。本文中所谓的结构二维材料可以是包括材料的双层的层。根据各种实施例，石墨烯层可以包括二维结构(例如六边形布置的晶格)的碳。
[0022]典型的三维材料(例如金属体材料)可以具有不同的物理性质和化学性质，这取决于材料的横向延伸，例如，材料的单层或超薄层可以具有不同于相同材料的体材料的性质。三维材料的单层或超薄层可以具有不同于材料的较厚层的性质，因为体积表面比变化。因此，材料的薄层的性质可以追求材料的体材料性质以增加层厚度。
[0023]相反，包括结构二维材料(例如石墨烯、石墨烷、硅烯、锗烯)的层可以独立于层厚度来保持其物理性质和化学性质，例如结构二维材料的单层可以具有与布置在彼此之上的多个单层基本上相同的性质，因为各个层基本上可以不耦合到彼此，例如因为结构二维材料的各个层之间可以没有共价、离子和/或金属键。根据各种实施例，堆叠在彼此之上的多个石墨烯层或片可以彼此弱耦合(例如经由范德瓦尔斯相互作用)。
[0024]本文中所描述的共形层可以沿着与另一本体的界面仅呈现小的厚度变化，例如，层可以沿着界面的形态的边缘、台阶或其他元素仅呈现小的厚度变化。可以认为覆盖(例如直接接触)在下面的本体或基本结构的表面的材料的单层是共形层。可以认为覆盖(例如直接接触)在下面的本体或基本结构的表面的结构二维材料的单层或双层是共形层。根据各种实施例，可以在载体的表面之上沉积包括多个共形层的层堆叠，其中层堆叠随后被退火以在载体的表面形成共形的石墨烯层。
[0025]如本文中所描述的，结构二维材料可以呈现唯一的物理和/或化学性质。石墨烯例如可以是半导体(例如零带隙半导体)或具有非常高的电荷载流子迀移率(例如在电绝缘衬底上的在从大约40，000到大约200，000cm2/Vs的范围内)的半金属。另外，石墨稀可以具有其他独特的性质(电、机械、磁、热、光等)，以使得石墨烯在化学工业中更感兴趣(例如用于在传感器(气体传感器、磁性传感器)中使用作为电极，在晶体管中使用作为量子点等)。然而，使用石墨烯以及其他有前途的结构二维材料，可以包括沉积在电绝缘衬底上(例如在二氧化硅上)的一个或多个石墨烯层(例如石墨烯单层，例如石墨烯双层，例如石墨烯多层)。
[0026]根据各种实施例，可以提供一种用于处理载体的方法，其可以用于在任意载体上(例如在电介质衬底上)形成结构二维层。用于处理载体的方法可以用于形成材料的单层，例如石墨烯单层或石墨烯片。用于处理载体的方法可以用于形成材料的双层，例如石墨烯双层。用于处理载体的方法可以用于形成包括多个石墨烯片的层堆叠。用于处理载体的方法可以用于形成包括结构二维材料(例如石墨烯)的层。如本文中所描述的用于处理载体的方法可以实现在电绝缘衬底上(或者在任意衬底上，因为该方法可以不限于特定类型的衬底)的包括(例如一个或多个石墨烯层或石墨烯片的)结构二维材料的层的简单的、可控的、可复制的、合适的成本高效的制造。另外，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以实现对大面积(例如大于Imm2)的处理和/或对结构化(图案化)的衬底的处理。换言之，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以实现包括具有大的横向延伸和/或覆盖载体的大的面积的结构二维材料的层的制造。另外，如本文中所描述的用于处理载体的方法可以减