在金属硅化物微晶体上形成纳米结构的方法和得到的结构和器件的制作方法

专利名称：在金属硅化物微晶体上形成纳米结构的方法和得到的结构和器件的制作方法
技术领域：
本发明的实施例 一般涉及纳米级电子器件和纳米级光电子器件。更 具体地，本发明的实施例涉及在非单晶基底上形成纳米结构的方法以及 得到的结构和器件。
背景技术：
集成电路的制造商和设计者继续不懈地减小诸如晶体管和信号线的 集成电路功能元件的尺寸，并且对应地提高可以在集成电路中制造功能 元件的密度。例如，下一代集成电路和数据传输体系架构可以包括电子 器件和光电子器件，以产生高密度、高速度和高容量的器件。制造商和 设计者已经开始接近基本物理极限，所述物理极限阻止进一步减小在通 过传统的光刻技术制造的这样的集成电路中的功能元件尺寸。近来的研 究努力已经转向用于制造纳米级电子器件和纳米级光电子器件的新的、 基于非光刻的技术，其表示在功能元件尺寸方面从通过当前可得到的高
分辨率光刻4支术制造的当前可得到的亚纟鼓米级(submicroscale )电子 器件的相当大的减小。
在用于设计和制造纳米级功能器件的一种方法中，可以在单晶半导 体基底的表面上通过外延生长来制造诸如纳米线的"一维"纳米结构和 诸如量子点的"零维"纳米结构。在基于纳米线的器件中，表示在相邻 的纳米线之间的最近接触点的纳米线结可以被制造为具有可配置的电 阻器、开关、二极管、晶体管和集成电路的其他常见电子部件的性质。 在其他方法中，可以形成具有横杆架构的纳米线。网格状纳米线横杆提 供了二维阵列的纳米线结，其可以被配置为在电子器件和光电子器件中 形成多种不同类型的功能器件或者子系统。除了用于形成纳米线结之 外，纳米线也已经作为互连用于传感器中和用于若干其他应用中。可以 在各种电子和光电子应用中使用基于量子点的器件，所述基于量子点的 器件是比基于纳米线的器件相对更成熟的技术。通过外延生长形成的量 子点可以用于形成各种类型的纳米级电子和纳米级光电子器件，所述纳 米级电子和纳米级光电子器件利用了由量子点的纳米级尺度提供的独特性质。
已经经常通过下述方式执行纳米线和量子点的制造通过在适当的 单晶半导体基底的表面上外延生长单晶纳米线或者量子点，以确保高质
量外延生长并且使得能够电学访问单独的纳米结构或者纳米结构组。然 而，诸如单晶硅晶片和单晶砷化镓晶片的单晶半导体基底的成本很昂 贵。而且，对于单晶硅晶片的全球需求似乎正迅速地增加，这将进一步 提高单晶硅晶片的价格。因此，纳米级器件的研究者和开发者继续寻求 更负担得起的和多样的材料平台和技术，以制造用于纳米级功能器件的 电学可访问的高质量的单晶纳米结构。

发明内容
本发明的各个实施例针对用于在非单晶基底上形成纳米结构的方法 以及得到的结构和纳米级功能器件。在本发明的一个实施例中， 一种用
于形成纳米结构的方法包括形成包括金属层和硅层的多层结构。使所 述多层结构经受热处理，以形成金属硅化物微晶体(crystallite)。 在所述金属硅化物微晶体上生长所述纳米结构。
在本发明的另一个实施例中， 一种结构包括非单晶基底和在所述非 单晶基底上形成的层。所述层包括金属硅化物微晶体。可以在所述金属 硅化物微晶体上形成若干纳米结构。所公开的结构可以用于形成用于电 子器件和/或光电子器件中的若干不同类型的功能器件。


附图示出了本发明的各个实施例，其中，在不同的视图或者在附图 中所示的实施例中，相同的附图标记表示相同的功能元件或者元件。
图1是在根据本发明的方法的一个实施例的实施期间形成的在加工 过程中的基底结构的示意侧视图，所述基底结构包括在基底上沉积的金 属层。
图2是在图1中所示的金属层上沉积硅层后，在根据本发明的方法 的 一 个实施例的实施期间形成的在加工过程中的基底结构的示意侧#见图。
图3是在根据本发明的方法的一个实施例的实施期间形成的在加工 过程中的基底结构的示意侧视图，所述基底结构包括作为在图2中所示的金属层和硅层之间的扩散反应的结果而形成的金属硅化物微晶体。
图4是在图3中所示的在加工过程中的基底结构的示意的、放大的、 平面顶;魄图。
图5是在图3和4中所示的金属硅化物微晶体上优先地生长纳米结 构后，在根据本发明的方法的 一 个实施例的实施期间形成的在加工过程 中的基底结构的示意横截面图。
图6A是在图5中所示的在加工过程中的基底结构的示意的、放大的 立体顶视图。
图6B是在图5中所示的在加工过程中的基底结构的示意的、放大的 立体顶视图，其中在金属硅化物微晶体上优先地生长纳米线。
图7是根据本发明的 一 个实施例的、用于电子和/或光电子器件的器 件部件的示意横截面视图，所述器件部件使用在金属硅化物微晶体上优 先地生长的纳米结构。
图8-IO是图解根据本发明的又一个实施例的、制造用于电子和/或 光电子器件的器件部件的方法中的各个阶段的示意横截面视图。
图11A是在根据本发明的方法的 一个实施例的实施期间形成的在加 工过程中的基底结构的示意平面顶视图，所述基底结构包括从在图2中 所示的在加工过程中的基底结构的多层结构形成的若干下地址(lower address )线。
图IIB是在图IIA中所示的在加工过程中的基底结构的示意侧视图。 图12是在使图IIA和11B中所示的在加工过程中的基底结构经受热 处理以在下地址线中形成金属硅化物微晶体后，在根据本发明的方法的 一个实施例的实施期间形成的在加工过程中的基底结构的示意平面顶 视图。
图13是在图12中所示的金属硅化物微晶体上优先生长纳米结构后， 在根据本发明的方法的 一 个实施例的实施期间形成的在加工过程中的 基底结构的示意平面顶视图。
图14是根据本发明的另一个实施例的、用于在图IIA和11B中所示 的下地址线中的 一般选择的位置处形成金属硅化物微晶体的能量束的 示意图。
图15是包括多个金属硅化物微晶体的在加工过程中的基底结构的 示意平面顶视图，在所述多个金属硅化物微晶体上优先地生长纳米结构，其中，作为暴露于在图14中所示的能量束的结果沿着下地址线的 长度在选择的位置形成所述多个金属硅化物微晶。
图16是根据本发明的一个实施例的功能器件的示意平面顶视图，其 中，通过下述方式来形成所述功能器件通过在图15中所示的下地址 线上形成上地址线(upper address line)的层，以使得能够电寻址在 下地址线的金属硅化物微晶体上形成的纳米结构。
图17是沿着在图16中所示的线A-A所取的横截面视图。
具体实施例方式
本发明的各个实施例针对用于在非单晶基底上形成单晶纳米结构的 方法和得到的结构和纳米级功能器件。所述纳米结构可以被生长为量子 点或者纳米线，并且这样的纳米结构可以用于多种不同类型的纳米级电 子器件和纳米级光电子器件中。
图1-6图解了根据本发明的方法的一个实施例的、在金属硅化物微 晶体上生长诸如纳米线或者量子点的纳米结构的方法的各个阶段。如图 1中所示，通过诸如溅射、电子束蒸发或者另一种适当的沉积技术之类 的任何物理或化学沉积技术，将金属层100沉积在基底102上。金属层 IOO可以具有例如大约lnm到大约lpni的厚度。金属层IOO可以包括能 够与硅反应以形成金属硅化物的金属或者合金。例如，金属层100可以 包括一种或多种过渡金属(例如Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Pd、 Ag、 Ta、 W、 Pt、 Au) 、 Al、 一种或多种稀土 金属(例如Er、 Dy、 Gd、 Th、 Ho、 Tb、 Sm)或者能够形成金属硅化物的 另一种适当的金属或者合金。在本发明的一些实施例中，金属层100可 以是多层膜，其包括具有不同成分的金属层。可以由若干种材料形成基 底102，所述若千种材料诸如非单晶材料，它们与传统的单晶半导体基 底相比较较为廉价。例如，基底102可以是玻璃基底、多晶金属基底(例 如不锈钢)、聚合物基底、非单晶半导体基底、金属氧化物基底或者与 随后的处理动作兼容的另一种适合的基底。
如图2中所示，硅层104沉积在金属层100上以形成多层结构106。 硅层104可以具有例如大约1纳米到大约l微米的厚度。取决于硅层104 的厚度，硅层104包括非晶硅或者散布在非晶硅基体中的、具有例如大 约1纳米到大约IOO微米的尺寸的硅微晶体。例如，当硅层104是氪化硅层时，在沉积期间，氢化硅层最初以非晶相沉积。随着氢化硅层的厚 度在沉积过程期间增大，散布在非晶硅基体中的硅微晶体成核。在氢化 硅层中存在的氬可以将硅原子的任何悬键钝化。在本发明的 一个实施例
中，可以使用等离子体增强化学气相沉积("PECVD，，)、反应溅射或 者另 一种用于形成非晶硅或非晶硅和硅微晶体的混合物的适当沉积技 术来将硅层104沉积为氬化硅层。硅层104也可以被重掺杂，以用可以 在沉积工艺期间或者在沉积后在后沉积工艺(诸如植入或者扩散工艺) 中引入的n型或者p型掺杂剂提高导电率。氩化硅在半导体加工领域中 经常被称为"微晶硅"或者'Vc-Si"。但是，应当强调，术语"微晶 硅"或者>c-Si"是误称，因为硅微晶体可以具有宽范围的尺寸，包 括纳米级的尺寸。
如图3中的侧视图和图4的平面顶视图所示，在形成多层结构106 后，可以使多层结构106经受热处理，以使得在金属层100和硅层104 之间发生扩散反应，从而形成反应层108。反应层108包括随冲几散布在 非晶基体112中的金属硅化物微晶体110。但是，金属硅化物微晶体110 可以在非晶基体112内具有优选的晶体取向或者织构。在反应层108内 的金属硅化物微晶体110的体积分率可以从小的、不确定的量变化到大 约100%。取决于金属层100的成分和热处理，金属硅化物微晶体110可 以是二元珪化物(binary s i 1 icide )、三元珪化物(ternary s i 1 icide ) 或者另一种类型的硅化物，并且在此使用的词语"金属硅化物，，涵盖任 何这样的硅化物。例如，当金属层100是铬层时，在热处理期间形成的 金属硅化物微晶体110包括硅化铬。也可以在反应层108中存在金属硅 化物的不同相。金属硅化物微晶体110的平均尺寸可以例如是大约2纳 米到大约100微米。非晶基体112可以具有与金属硅化物微晶体110类 似或者相同的化学成分，但是非晶基体112的原子缺少明显的长程有序 (long order range)来形成有序的晶体结构。在本发明的一个实施例 中，热处理是退火处理，其中，多层结构106被加热到大约摄氏100。 和摄氏1000。之间的温度长达足够的时间量，以允许由于在金属层100 和硅层104之间的扩散反应导致的金属硅化物微晶体110的形成。
在本发明的另一个实施例中，硅层104形成在基底102上，其后使 用任何前述的沉积技术在硅层104上形成金属层100。如上所述的使这 样的结构经受热处理也将导致形成包括如前面参照图3和4所述的金属硅化物微晶体的反应层。
如图5和6A中所示，在形成金属硅化物微晶体110后，在反应层 108的表面109上存在的金属硅化物微晶体110上优先 (preferentially)生长若干纳米结构114。金属硅化物微晶体110可 以用作籽晶，使得纳米结构114优先在金属硅化物微晶体110而不是非 晶基体U2上生长，并且纳米结构114可以在金属硅化物微晶体110上 外延地生长。也可以在相对较大的对应金属硅化物微晶体110上形成多 于一个的纳米结构114。在本发明的一个实施例中，纳米结构114的每 一个可以包括量子点，所述量子点具有例如大约2纳米到大约50纳米 的直径或者横向尺寸。在本发明的另一个实施例中，纳米结构114的每 一个可以包括纳米线，所述納米线具有例如大约2纳米到大约500纳米 的直径或者横向尺寸以及例如大约IO纳米到大约100微米的长度。如 图6B中所示，当纳米结构生长为纳米线114'时，纳米线114，的每一个 从其上生长纳米线114'的金属硅化物微晶体110的表面向外突出。由 于其上生长纳米线114'的金属硅化物微晶体110的随机取向，纳米线 114，可以在随才几方向上突出。可以通过下述方式来形成纳米线114， 通过继续用于形成量子点的沉积工艺长达足够的时间以允许形成高长 宽比的纳米线，其中纳米线114，的长度从其上生长纳米线114，的金 属硅化物微晶体110的表面向外突出。
可以由若干种不同的单晶半导体和绝缘体材料形成纳米结构114和 114，。根据本发明的各个实施例，可以由IV族半导体(例如Si、 Ge)、 II-VI族半导体化合物(例如ZnO、 ZnSe ) 、 III-V族半导体化合物(例 如GaAs、 InAs和InP)、金属氧化物或者另 一种适当的材料形成纳米结 构114和114，。可以通过诸如金属有机CVD ( "MOCVD，，)的化学气相 沉积("CVD，，)工艺来形成纳米结构114和114，。例如，可以使用在 氬载体气体(hydrogen carrier gas )中的磷化氢("PH3，，)和三曱基 铟("(CH3)3In，，)通过MOCVD在金属硅化物微晶体110上优先地生长 InP量子点，其中将在图3和4中所示的在加工过程中的基底结构加热 到大约摄氏300。到大约摄氏500。之间的温度。可以通过下述方式来形成 纳米线114，通过在特定的沉积条件下继续用于形成量子点的沉积工 艺达足够的时间，以允许形成高长宽比的纳米线。例如，在本发明的一 个实施例中，可以改变在MOCVD沉积工艺中4吏用的先驱气体(precursorgas )成分来抑制或者减少所述纳米结构的相对于纵向生长的横向生长， 以便形成纳米线114，。在本发明的另一个实施例中，可以在反应层108 的暴露表面109之上沉积金属催化剂纳米粒子(例如Au、 Ag或者Ti納 米晶体)。可以使用气-液-固生长工艺来进行纳米线114，的生长，在 所述气-液-固生长工艺中，前驱气体材料在金属催化剂纳米粒子中分解 并且外延地沉积在金属催化剂納米粒子之下的金属硅化物微晶体IIO上 以形成纳米线114，。例如，在本发明的一个具体实施例中，散布在甲 苯中的胶体金(gold colloidal)金属催化剂纳米粒子可以被施加到反 应层108的表面109。
在本发明的其他实施例内，不需要使用单独的退火工艺来形成金属 硅化物微晶体110。相反，在诸如CVD设备的腔室的、用于生长纳米结 构的设备中提供在图2中所示的在加工过程中的基底结构。执行纳米结 构生长工艺的温度足以形成金属硅化物微晶体110,并且在如此形成的 金属硅化物微晶体上生长纳米结构。金属硅化物微晶体110的形成以及 如此形成的金属硅化物微晶体110上纳米结构的生长可以基本上同时地 发生，其中在形成金属硅化物微晶体110不久后在如此形成的金属硅化 物微晶体110上生长納米结构。
可以通过在金属硅化物微晶体110上生长纳米结构114来形成用于 光电子和/或电子器件的若干不同类型的器件部件。图7示出了根据本 发明的一个实施例的、适合用于多种不同的电子和/或光电子器件的器 件部件115。在器件部件115中，反应层108可以用作第一电极。诸如 金属氧化物、聚合材料、半导体材料或者另一种适当的材料的支撑材料 111可以沉积在相邻的纳米结构114之间，以枳4成地支撑纳米结构114 并且将纳米结构114彼此电隔离。如果需要，则可以通过平坦化支撑材 料111和纳米结构114或者蚀刻支撑材料111和纳米结构以暴露纳米结 构114的端部107来暴露所述端部107。接着，可以在纳米结构114之 上与纳米结构114的至少一部分或者全部电接触地形成第二电极113。 第二电极113可以包括金属材料，诸如金属元素(elemental metal) 或者合金。第二电极113也可以包括通过下述方式而形成的金属硅化物 微晶体通过沉积硅层和金属层以在支撑材料111和纳米结构114上形 成多层结构，之后，将所述两个层进行反应以与用于反应层108的相同 或者类似的方式来形成金属硅化物微晶体。通过由包括金属硅化物微晶体的材料至少形成反应层108 (即第一电极)，笫一电极呈现出与高掺 杂的半导体材料相比大得多的导电率。因此，当所述电极包括金属硅化 物微晶体时，可以增强器件部件115的响应时间和其他性能特性。
当納米结构114是量子点时，可以从具有大于所述量子点的能带间 隙的能带间隙的适当半导体材料中选择支撑材料111。在本发明的另一 个实施例中，纳米结构114可以;故配置为半导体纳米线，并且笫一电极 (即反应层108)、半导体纳米线和第二电极113形成用于例如诸如光 电检测器和太阳能电池的光电检测和光电应用中的金属-半导体-金属 ("MSM")光电二极管。在这样的实施例内，支撑材料111可以对于 MSM光电二极管的半导体纳米线被设计为吸收的光的所选波长或者波长 范围是透明的。在本发明的其他实施例内，可以在形成第二电极113后 通过例如选择性化学蚀刻工艺来选择性地去除支撑材料111。
图8-10示出了根据本发明又一个实施例的用于电子和/或光电子器 件中的器件部件的制造方法的各个阶段，所述器件部件也使用优先在金 属硅化物微晶体上生长的纳米结构。如图8中所示，提供了在图3中所 示的在加工过程中的基底结构。接着，如图9中所示，通过在反应层108 中限定凹槽105来形成电极103a和103b。可以通过以光刻法图案化和 蚀刻反应层108或者另一种适当的选择性材料去除工艺来形成凹槽 105。如图9中所示，电极103a和103b的侧壁117a和ll了b已经暴露 了金属硅化物微晶体110。接着，如图10中所示，纳米结构121优先地 生长在侧壁117a和117b上的金属硅化物微晶体11G上，如上所述，以 形成器件部件130。示出为纳米线的每个纳米结构121从侧壁117a和 117b之一生长，以接触侧壁117a和117b的另一个，从而在电极103a 和103b之间建立电连接。注意，因为基底102可以是电绝缘的材料， 诸如聚合材料或者玻璃，电极103a和103b彼此电隔离。如果需要，可 以使用平坦化工艺来去除可以在电极103a和103b的暴露的上表面上生 长的任何纳米结构121。在本发明的另一个实施例中，可以通过在图2 中所示的多层结构106中限定凹槽来形成电极，并且可以在纳米结构的 生长期间原位(in situ)形成金属硅化物微晶体，所述纳米结构互连 电极以形成与器件部件130类似的器件部件。
用于在包括金属硅化物微晶体的非单晶基底上优先形成单晶纳米结可以单独地或者成组地访问(access)纳米结构。图11A-17图解了根 据本发明的各个实施例的、在用于形成功能器件的方法中的各阶段，所 述功能器件包括在图案化的地址线上生长的纳米结构，所述图案化的地 址线包括金属硅化物微晶体。
如图IIA和11B中所示，通过以光刻法图案化被施加到硅层104的 光致抗蚀剂并且蚀刻，或者通过另一种适当的制造技术，可以从在图2 中所示的在加工过程中的基底结构形成若干下地址线116。每个下地址 线116的宽度W可以例如是大约10 nm到大约0. 5微米。每个下地址线 116包括金属层118和硅层120。如图12中所示，在图IIA和11B中所 示的在加工过程中的基底结构可以经受热处理，以在每个下地址线116 中形成散布在非晶基体125中的金属硅化物微晶体124,如上参照图3 和4所述。但是，在本发明的另一个实施例中，可以在形成下地址线之 前才丸行热处理。那么，如图13中所示，可以优先在下地址线116的金 属硅化物微晶体124上生长纳米结构126,如上参照图5、 6A和6B所述。 如在上述的实施例之一中所述，不需要使用单独的热处理来从下地址线 116形成金属硅化物微晶体124。相反，执行纳米结构生长工艺的温度 可能足以形成金属硅化物微晶体124,并且在其不久之后在如此形成的 金属硅化物微晶体124上生长纳米结构126。
在上述的图11A-13中的方法中，在每个下地址线116中，金属硅化 物微晶体124随机地分布在非晶基体125中。但是，金属硅化物微晶体 124可以在非晶基体125内具有优选的晶体取向或者织构。在图14中所 示的本发明的另 一个实施例中， 一般可以沿着每个下地址线的长度在所 选择的位置处形成金属硅化物微晶体。诸如短脉冲准分子激光器、电子 束源、离子束源或者另一种适当的能量束源的能量束源128可以用于加 热下地址线142-150的所选择的区域，下地址线142-150的每一个包括 金属层和硅层，如上所述。如图14中所示，能量束源128用于输出束 129，所述束129可以;故聚焦以局部加热所选择的区域132, /人而在所选 择的区域132中形成一个或多个金属硅化物微晶体。如图15中所示， 通过局部加热在每个下地址线142-150上的多个所选冲,的区域，由于每 个下地址线142-150的硅层和金属层之间的扩散反应， 一般在散布在非 晶基体135中的所选择的位置处形成金属硅化物微晶体136。下地址线 142-150的断面线(cross hatched)区域是其中硅层和金属层还没有彼此发生反应的区域。在选择性地形成金属硅化物微晶体136后，可以在 金属硅化物微晶体136上优先地生长纳米结构138(例如纳米线和/或量 子点)，如前所述。应当注意，图15仅仅示出了金属硅化物微晶体136 和纳米结构138的一种可能的选择分布。可以通过将在每个下地址线 142-150上的区域选择性地暴露于束129来形成其他分布。另外，在暴 露于束129的每个区域中，在非晶基体135内形成的金属硅化物微晶体 136的数量、尺寸和形状可以不同。每个非晶基体135的特定几何形状 和在图15中所示的每个非晶基体135内的金属硅化物微晶体136的数 量和分布仅仅是为了说明的目的。在本发明的另一个实施例内，能量束 源128可以用于在图2中所示的多层结构106内以一般选择的图案形成 金属硅化物微晶体，其后，进行图案化处理以形成下地址线。
在其中在下地址线中分布的金属硅化物微晶体上生长纳米结构的、 图13或者15中所示的任何一个实施例内，可以在纳米结构之上形成上 地址线的层，使得可以电寻址单独的纳米结构或者纳米结构组。因此， 接下来，如图16中所示，通过与定位在叠加的地址线之间的结处的纳 米结构138电接触地、在下地址线142-150之上制造若干上地址线 151-155来形成根据本发明的一个实施例的功能器件140。在适合于光 学应用的本发明的 一 个实施例中，可以由导电的且光学透明的材料形成 上地址线151-155,所述导电的且光学透明的材料诸如铟锡氧化物或者 另一种适当的材料。因为地址线142-155是导电的，因此可以通过将电 流通过重叠的地址线来电寻址位于所述结的纳米结构。例如，将电流通 过下地址线142和上地址线151使得能够电寻址位于结160的纳米结构 138。而且，因为下地址线和上地址线142-155可以具有樣i米级、亚孩吏 米级或者纳米级的宽度，因此还可以通过其他微米级或者亚微米级连接 结构来电访问下地址线和上地址线142-155,所述其他樣i米级或者亚微 米级连接结构诸如导线、电线等。另外，通过由包括金属硅化物微晶体 的材料形成地址线142-155,地址线142-155呈现出与高掺杂的半导体 材料相比较大得多的导电率。因此，当由呈现出低电阻的金属硅化物形 成地址线时，可以增强功能器件140的响应时间和其他性能特性。
注意，在本发明的其他实施例内，当沿着每个下地址线的长度随机 地分布纳米结构时，诸如当如上参照图12和13所述形成金属硅化物微 晶体和纳米结构时，纳米结构的一部分可能不电连接到任何上地址线。但是，納米结构的一部分也与上地址线电接触，以使得能够电寻址单独 的纳米结构或者纳米结构组。
图17示出了沿着在图16中所示的线A-A所取的功能器件140的横 截面视图，其更好地示出了结160的结构。如图17中所示，在形成上 地址线151-155之前，可以在相邻的下地址线142-150以及在所述相邻 的下地址线142-150上生长的纳米结构138之间沉积支撑材料162 (在 图16中未示出)，诸如金属氧化物、聚合材料、半导体材料或者另一 种适当的材料。可以使用用于形成下地址线142-150的相同或者类似的 工艺来与纳米结构138电接触地在支撑材料162上形成上地址线 151-155。例如，包括硅层和金属层的多层结构可以被沉积在支撑材料 162和纳米结构138上，并且^皮退火以形成金属硅化物孩i晶体。可以在 退火多层结构之前或者之后通过以光刻法图案化和蚀刻该多层結构或 者通过另一种适当的技术来形成上地址线151-155。如在图7中所示的 器件部件115那样，可以在形成上地址线151-155之前通过平坦化或者 蚀刻支撑材料162和纳米结构138来暴露纳米结构的端部，以便促进在 上地址线151-155和納米结构138之间的一致电接触。
在本发明的一个实施例中，当诸如纳米结构138的纳米结构是量子 点时，支撑材料162可以是半导体材料，其具有被选择为大于量子点的 能带间隙的能带间隙。在本发明的另一个实施例中，可以在形成上地址 线151-155后选择性地去除支撑材料162。因此，可以通过将重叠的地 址线电耦合到纳米结构来形成多种不同类型的器件。例如，当纳米结构 包括半导体材料时，结160形成MSM二极管，其中，导电的下地址线和 上地址线用作金属电极。如图16中最佳地所示，下地址线142和上地 址线151形成MSM二纟及管的金属电才及，并且纳米结构138形成MSM二招^ 管的半导体部件。
本发明的下面的工作示例(working example )阐述了一种方法，所 述方法已经用于在非单晶基底上制造InP纳米线。下面的工作实例结合 如上所述的本发明的各个实施例而提供了进一步的细节。
工作示例
使用电子束蒸发在玻璃基底上沉积大约300纳米厚的铬层。所述玻 璃基底在所述蒸发工艺期间被保持在大约摄氏50。的温度。使用PECVD在铬层上沉积大约100nm厚的氢化非晶硅层。硅烷和氢在PECVD工艺中 被用作前驱气体。所述玻璃基底在氢化非晶硅层的沉积期间被保持在大 约摄氏250。的温度。使用三甲基铟和磷化氢在氢载气中通过MOCVD来生 长InP纳米线。包括氬化非晶硅层和铬层的玻璃基底在氩气中被预加热 到大约摄氏630。的温度达到5分钟，并且在摄氏430°生长InP纳米线。 生长压力是大约76 Torr。在MOCVD工艺期间，氢化非晶硅层和铬层反 应以形成散布在非晶基体中的CrSi和CrSh微晶体。InP量子点优先在 MOCVD工艺期间形成的硅化铬微晶体上生长。X射线衍射用于确定硅化 铬相的类型，并且也确认硅化铬微晶体呈现出a (111)织构。
虽然已经以特定实施例描述了本发明，但是本发明不意欲限于这些 实施例。在本发明的精神中的修改对于本领域技术人员是显而易见的。 例如，在本发明的另 一 个实施例中，每个納米结构可以包括p-n结、n-p-n 结构、p-n-p结构或者用于形成多种不同类型的半导体器件的在成分上 不类似的材料(即异质结构)。可以通过改变用于生长纳米结构的前驱 气体的成分来形成这样的半导体结构。
为了解释的目的，上述的说明使用具体的专门术语来提供本发明的 彻底理解。但是,对于本领域技术人员显而易见的是，不需要所述具体 细节来实施本发明。本发明的具体实施例的上述说明被提供来用于图解 和说明的目的。它们不意欲是穷尽性的或者将本发明限定到所公开的精 确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。所述实施例被示出 和描述以便最佳地解释本发明的原理和其实际应用，由此使得本领域其 他技术人员能够最佳地利用具有适合于所考虑的特定用途的各种修改 的本发明和各个实施例。意欲通过权利要求书和其等同物来限定本发明 的范围。
权利要求
1.一种用于形成纳米结构的方法，包括形成包括金属层(100)和硅层(104)的多层结构(106)；使所述多层结构(106)经受热处理以形成金属硅化物微晶体(110)；并且在所述金属硅化物微晶体(110)上生长所述纳米结构(114)。
2. 根据权利要求l的方法，其中，每个纳米结构(114)包括下述 之一量子点；以及 纳米线。
3. 根据权利要求1的方法，其中，使所述多层结构(106)经受热处理以形成金属硅化物微晶 体(IIO)包括形成包括所述金属硅化物微晶体(IIO)的第一电极(108); 并且还包括在所述纳米结构(114)之上与所述纳米结构(114)的至少 一部分电接触地形成第二电极(113)。
4. 根据权利要求l的方法，还包括在生长所述納米结构(114, 138)之前，形成第一层地址线(116, 142-150 ),所述地址线(116, 142-150 )的每一个包括金属硅化物微 晶体(124, 136 );并且在所述第一层地址线(116， 142-150 )之上形成第二层地址线 (151-155),以形成若干结(160),所述结(160)的至少一部分包 括所述纳米结构(114, 138)的一个或多个。
5. 根据权利要求1的方法，还包括在使所述多层结构(106)经受所述热处理之前，形成若 干地址线(114)，每个所述地址线包括所述金属层(100)的一部分和 所述硅层(104)的一部分；并且其中，使所述多层结构(106)经受热处理以形成金属硅化物微晶 体(124)包括将所述地址线的所选择的区域暴露于能量束(129)。
6. 根据权利要求1的方法，其中，使所述多层结构(106)经受热处理以形成金属硅化物微晶 体(124)包括形成包括所述金属硅化物微晶体(IIO)的反应层(108);还包括从所述反应层(108 )形成第一和第二相间的电极(103a， 103b);并且其中，在所述金属硅化物微晶体(110)上生长所述纳米结构(121 ) 包括在所述第一和第二相间的电极(103a， 103b)的所述金属硅化物 微晶体(110)上生长所述纳米结构(121),使得所述纳米结构(121) 横跨在所述第一和第二相间的电极(103a, 103b)之间。
7. 根据权利要求1的方法，其中，所述多层结构(106)包括第一和第二相间的电极(103a, 103b);其中，使所述多层结构(106)经受热处理以形成金属硅化物微晶 体(IIO)包括在所述第一和第二相间的电极(103a, 1(Hb)中形成 所述金属硅化物微晶体(110);并且其中，在所述金属硅化物微晶体(110)上生长所述纳米结构(121 ) 包括在所述第一和第二相间的电极(103a, 103b)的所述金属硅化物 微晶体(110)上生长所述纳米结构(121),使得所述纳米结构(121) 横跨在所述第一和第二相间的电极(103a, 1(Hb)之间。
8. —种结构，包括 非单晶基底(102);在所述非单晶基底(102 )之上形成的层(108 ),所述层包括金属 硅化物微晶体(110);以及在所述金属硅化物微晶体(110)上形成的若干纳米结构(114)。
9. 根据权利要求8的结构，其中，所述层(108)限定第一电极(108, 103a);并且 还包括与所述第一电极(108， 113a)间隔开并且与所述纳米结 构(114, 121)的至少一部分电接触的第二电极(113, 103b)。
10. 根据权利要求8的结构，其中，所述层包括若干第一地址线(l42-150 ),所述第一地址线 (142-150 )包括其上形成所述纳米结构(138)的金属硅化物微晶体 (136);并且还包括若干第二地址线(151-155),所述第二地址线与所述第一地址 线(142-150 )重叠以形成若干结(160),所述结(160)的至少一部 分包括所述纳米结构(138)的一个或多个。
全文摘要
本发明的各个实施例涉及用于在非单晶体基底上形成纳米结构的方法和结果产生的结构和纳米级功能器件。一种用于形成纳米结构的方法包括形成包括金属层(100)和硅层(104)的多层结构(106)；将所述多层结构(106)进行热处理以形成金属硅化物微晶(110)；并且在所述金属硅化物微晶上生长所述纳米结构(114)。在本发明的另一个实施例中，一种结构包括非单晶体基底(102)；在所述非单晶体基底(102)上形成的层(108)，所述层包括金属硅化物微晶(110)；以及在所述金属硅化物微晶(110)上形成的多个纳米结构(114)。
文档编号B82B3/00GK101622193SQ200880006799
公开日2010年1月6日 申请日期2008年2月28日 优先权日2007年3月1日
发明者N·科巴亚施, S·-Y·王 申请人:惠普开发有限公司