形成含石墨烯的开关的方法
【专利摘要】本发明的一些实施例包括形成含石墨烯的开关的方法。可在基座上方形成底部电极，且可形成第一导电结构以从所述底部电极向上延伸。可沿所述第一导电结构的侧壁形成介电材料，同时使所述底部电极的一部分保持暴露。可形成石墨烯结构以与所述底部电极的暴露部分电耦合。可在所述石墨烯结构与所述第一导电结构相对的一侧上形成第二导电结构。可在所述石墨烯结构上方形成顶部电极，且所述顶部电极与所述第二导电结构电耦合。所述第一和第二导电结构可经配置以跨所述石墨烯结构提供电场。
【专利说明】形成含石墨烯的开关的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及形成含石墨烯的开关的方法。
【背景技术】
[0002]开关是用来可逆地断开和闭合电路的组件。可认为开关具有两种操作状态，所述状态中的一者为“接通”状态且另一者为“关断”状态。通过开关的电流在“接通”状态中将比在“关断”状态中闻，且一些开关可基本上允许在“关断”状态中无电流。可在集成电路中需要可逆地断开和闭合所述电路的一部分的任何位置使用开关。
[0003]希望开发用于制造适用于集成电路中的开关的改进方法，且进一步希望开发用于形成适合用作存储器装置(例如存储器阵列)中的选择装置的开关的改进方法。
【专利附图】
【附图说明】
[0004]图1为实例实施例开关的概略横截面侧视图。
[0005]图2为可用于图1的开关中的实例实施例石墨烯结构的概略三维图。
[0006]图3为另一实例实施例开关的概略横截面侧视图。
[0007]图4为包含一对实例实施例开关的构造的概略横截面图。
[0008]图5到11为在用于制造含石墨烯的开关的实例实施例方法的各个阶段的构造的一部分的概略横截面图。
[0009]图12到15为在用于在单一开口内制造多个含石墨烯的开关的实例实施例方法的各个阶段的构造的一部分的概略横截面图。
【具体实施方式】
[0010]一些实施例涉及形成含石墨烯的开关的方法。
[0011]图1中说明集成电路构造10的一部分，其展示由基座14支撑的实例实施例含石墨烯开关12。虽然所述基座展示为是均质的，但此基座在各种实施例中可包含众多组件和材料。举例来说，基座可包含支撑与集成电路制造相关联的各种材料和组件的半导体衬底。可与衬底相关联的实例材料包括耐火金属材料、屏障材料、扩散材料、绝缘体材料等中的一者或一者以上。举例来说，半导体衬底可包含单晶硅、基本上由单晶硅组成或由单晶硅组成。术语“半导电衬底”、“半导体构造”及“半导体衬底”意思指包含半导电材料的任何构造，包括(但不限于)例如半导电晶片(单独或以包含其它材料的组合件形式)和半导电材料层(单独或以包含其它材料的组合件形式)的块体半导电材料。术语“衬底”是指任何支撑结构，包括(但不限于)上述半导电衬底。
[0012]开关12包括第一电极16和第二电极18。所述电极彼此隔开，且具体来说在所示实施例中通过空间22彼此分隔。
[0013]电极16和18包括导电电极材料20。此电极材料可包含任何合适导电组合物或组合物的组合；且可包含(例如)各种金属(例如，钨、钛、铜等等)、含金属的材料(例如，金属硅化物、金属碳化物、金属氮化物等等)以及导电掺杂半导体材料(例如，导电掺杂硅、导电掺杂锗等等)中的一者或一者以上。虽然电极16和18两者展示为包含相同的导电材料，但在其它实施例中，电极16和18可包含彼此不同的导电材料。
[0014]石墨烯结构24延伸于所述电极之间。所述石墨烯结构可被称为在所述电极之间纵向延伸；其中术语“纵向”用以指示其它组件可与之比较的石墨烯结构的定向。举例来说，电极16和18可被视为沿所述石墨烯结构的纵向尺寸彼此隔开；且所述石墨烯结构可被视为具有沿正交于所述纵向尺寸延伸的横向尺寸的厚度“T”。所述石墨烯结构的“纵向”尺寸可为如此指示的石墨烯结构的任何部分；且可(或可不)为所述石墨烯结构的最长尺寸。
[0015]在所示实施例中，所述石墨烯结构跨空间22延伸，且直接接触电极16和18两者。在一些实施例中，石墨烯结构将包含一层以上的石墨烯。举例来说，石墨烯结构可为多层(例如，双层)结构。在结构24内展示虚线25以概略地说明此结构在一些实施例中可包含一层以上的石墨烯。所述层可为相同厚度，或可为彼此不同的厚度。
[0016]在操作中，当开关12处于“接通”状态时，电流沿电极16与18之间的石墨烯结构24流动。此电流可被视为沿轴27的方向。
[0017]开关12包含一对节点26和28，在所示实施例中，所述节点位于石墨烯结构的横向外侧且在石墨烯结构24的相对侧上。所述节点包含导电材料30。此导电材料可包含任何合适的组合物，包括上文参考电极16和18所描述的任何组合物。虽然节点26和28展示为包含彼此相同的组合物，但在一些实施例中，所述节点可包含彼此不同的组合物。
[0018]所述节点26和28分别连接到电路32和34，其中所述电路经配置以在所述节点之间产生电场(EF)。此电场横向于沿石墨烯结构24的电流方向。虽然所述电场展示为从电极28朝向电极26定向，但所述电场在其它实施例中可以相反方向定向。所述场EF可由主要正交于所述石墨烯结构(如所示)的电场构成，或可由主要与所述石墨烯结构成除正交外的一角度的电场构成。如果电场主要与沿所述石墨烯结构的电流方向成除平行外的一角度(即，除沿轴27外的一方向)，那么此电场将具有对应于所展示的场EF的向量分量，其横向于沿石墨烯结构24的电流方向。因此，产生主要沿除平行于轴27外的任何方向导向的电场可被视为包含产生横向于沿石墨烯结构24的电流方向的电场。应注意，沿轴27( SP，平行于沿石墨烯结构24的电流方向)的电场分量可用于在开关的“接通”状态中辅助将电子从电极16移动到电极18，或反之亦然。
[0019]节点26和28可一起被视为经配置以改变石墨烯结构24的石墨烯内的带隙的电组件。具体来说，在所述节点之间产生的电场可通过利用王峰(Feng Wang)描述的关系(参见(例如)张(Zhang)等人，《自然(Nature)》459，820-823 (2009年6月11日))改变石墨烯结构24的石墨烯内的带隙，借此通过增加节点26与28之间的电场来增加所述石墨烯内的带隙。
[0020]可使用操纵横向于石墨烯结构24内的电流的电场大小来控制开关的状态。可利用相对高的横向电场来将开关12维持在“关断”状态，同时可利用相对低的横向电场来将开关12维持在“接通”状态。术语“相对高的横向电场”和“相对低的横向电场”用以指示横向电场相对于彼此为低和高的。在一些实施例中，节点26与28之间的总电压差可改变约0.25eV,以将开关从“接通”状态转变为“关断”状态，或反之亦然。在一些实施例中，从“接通”状态到“关断”状态的转变可通过提供小于或等于约3伏特/纳米的横向电场而实现，且在一些实施例中，可通过提供小于或等于约2伏特/纳米的横向电场而实现。
[0021]石墨烯结构24具有从电极16到电极18的长度“L”和沿正交于所述长度的方向的厚度“T”。可调整所述石墨烯结构的长度和厚度以实现所要性能特性；且此外，可调整节点26与28之间的间隔以及在所述节点之间产生的电场方向以实现所要性能特性。
[0022]在一些实施例中，石墨烯结构24将具有小于约5纳米的在节点26与28之间的最大总厚度。在一些实施例中，所述石墨烯结构将包含两层或两层以上，且所述层中的至少一者将具有小于约5纳米的在所述节点之间的最大厚度；且在一些实施例中，全部所述层将具有小于约5纳米的在所述节点之间的最大厚度。在一些实施例中，石墨烯的个别层将具有在至少约I纳米到至少约5纳米范围内的厚度。
[0023]在一些实施例中，石墨烯结构24将具有在至少约10纳米到至少约50纳米范围内的长度“L”。
[0024]在一些实施例中，石墨烯结构24可为矩形。图2中展示实例矩形石墨烯结构。此结构具有上述长度“L”和厚度“T”，且此外具有宽度“W”。除所述厚度和所述长度外，可调整所述宽度以实现石墨烯中的所要带隙特性和开关12(图1)的所要性能特性。在一些实施例中，石墨烯结构24将具有从至少约5纳米到至少约20纳米的宽度“W”。
[0025]在一些实施例中，所述石墨烯结构可足够薄以具有固有带隙；且例如可为具有狭窄尺寸(例如，小于或等于约20纳米、小于约10纳米或甚至小于或等于约5纳米的尺寸)的条带。石墨烯条带尺寸与带隙之间的关系描述于H.戴(H.Dai)的若干文章(例如，李(Li)等人，科学(Science) 319，1229-1232(2008))中。
[0026]石墨烯结构24可相对于图1的开关12的电场“EF”配置，使得所述电场主要沿所述石墨烯结构的厚度“T”延伸(如图1中所示)，或可相对于图1的配置旋转，使得所述电场主要沿所述石墨烯结构的宽度“W”延伸，或可经旋转，使得所述电场沿相对于所述石墨烯结构的厚度和宽度成角度的主要方向延伸穿过所述石墨烯结构。
[0027]在一些实施例中，石墨烯结构24可包括两个或两个以上石墨烯层，所述层在尺寸上经配置以利用由H.戴描述的关系，使得所述石墨烯在不存在横向电场的情况下具有固有带隙。针对特定应用，此可提供额外参数以调整开关12的“接通”状态模式的导电率。在其它实施例中，石墨烯结构24可包含一个或一个以上层，其均个别地具有过大的尺寸以至于无法在不存在施加横向电场的情况下使显著带隙位于结构24的石墨烯内。此可使所述石墨烯结构在所述开关的“接通”状态模式中具有极高的电导。
[0028]介电材料40展示为在电极16与18之间的空间内并包围节点26和28。所述介电材料可包含任何合适的组合物或组合物的组合，且在一些实施例中可包含二氧化硅、氮化娃中的一者或一者以上及各种掺杂娃酸盐玻璃(例如，硼磷娃酸盐玻璃、磷娃酸盐玻璃、氟硅酸盐玻璃等等)中的任一者。虽然介电材料40展示为遍及开关12为均质的，但在其它实施例中可利用多种不同的介电材料。
[0029]节点26和28可连接到任何合适电路以能够跨石墨烯结构24产生横向电场。在一些实施例中，所述节点中的每一者都可导电稱合到电极16和18中的一者。参考图3中所示的构造IOa描述此类实施例的实例。此构造包含类似于上文参考图1描述的开关12的开关12a。
[0030]开关12a包含与底部电极16电耦合的向上延伸导电结构42，且包含与顶部电极18电耦合的向下延伸结构44。节点26和28由以所示配置彼此垂直重叠的结构42和44的部分有效构成。
[0031]结构42和44可包含任何合适导电材料，且可包含彼此相同的材料或彼此不同的材料。结构42和44还可包含与电极16和18共同的材料，或结构42和44中的一者或两者可包含与电极16和18中的一者或两者不同的材料。
[0032]在一些实施例中，将多个开关紧密地封装于半导体衬底上方可为有利的。图6展示具有彼此相邻封装的(上文参考图2描述类型的)一对开关12a的构造45。在所示实施例中，所述开关为彼此沿垂直平面31的镜像。在一些实施例中，此配置可使两个相邻开关形成于共同沟槽中。
[0033]一些实施例包括形成上文参考图1到4描述的各种类型开关的方法。图5到11展示第一实施例方法的过程阶段，所述方法可用以制造与上文参考图3描述的构造类似的含开关构造，且图12到15展示第二实施例方法的过程阶段，所述方法可用以制造也上文参考图4描述的多开关构造类似的构造。
[0034]参考图5，其展示包含基座14和支撑在此基座上方的底部电极16的构造50。基座14可包含上文参考图1到4论述的配置中的任一者。电极16可包含任何合适材料，且展示为包含上文参考图1描述类型的材料20。在所示实施例中,所述底部电极由介电材料52横向包围。介电材料52可包含任何合适的电绝缘组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:二氧化硅、氮化硅中的一者或一者以上及各种掺杂硅酸盐玻璃中的任一者。
[0035]跨底部电极16和介电材料52形成介电材料54，且在材料54内图案化开口 56以暴底部电极的上表面17。可利用任何合适处理形成开口 56。举例来说，在一些实施例中，可先形成材料54以覆盖电极16的整个上表面，且随后可通过在利用光刻图案化的光致抗蚀剂掩模(未展示)界定所述开口的位置的同时蚀刻穿过材料54来形成开口 56。接着可用后续处理移除所述掩模。
[0036]当沿图5的横截面观察时，开口 56具有一对侧壁55和57。所述侧壁可在图5观察平面外部的位置中合并，使得表观成对侧壁实际上是围绕开口 56延伸的单一侧壁。
[0037]参考图6，沿侧壁55的底部区域形成介电隔板58。可使用任何合适处理来形成所述介电隔板。举例来说，可在材料54上方和开口 56内保形地形成一介电材料层，且可使用一个或一个以上光刻图案化掩模(未展示)和合适的蚀刻图案化此层以形成隔板58。隔板58可包含任何合适的介电组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:二氧化硅、氮化硅中的一者或一者以上及各种掺杂硅酸盐玻璃中的任一者。
[0038]参考图7，沿侧壁55和57形成导电衬垫60和62。衬垫60和62可包含任何合适的导电组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:各种金属、含金属组合物及导电掺杂半导体材料中的一者或一者以上。
[0039]可利用任何合适处理形成衬垫60和62。举例来说，可在电介质54上方和开口 56内形成一导电材料层，且接着使所述导电材料层经历各向异性蚀刻以形成所展示的衬垫。在一些实施例中，在所述各向异性蚀刻之后可使用化学机械抛光(CMP)来形成跨材料54和衬垫60和62延伸的所展示的平面化上表面。
[0040]参考图8，用介电隔板64取代衬垫60的顶部部分。可使用任何合适的处理来完成此取代。举例来说，在使衬垫60暴露于移除衬垫62的顶部部分的各向异性蚀刻的同时可形成图案化掩模(未展示)以保护衬垫62。随后，可在衬垫60的剩余部分上方形成介电材料且图案化所述介电材料以形成所不的介电隔板64。在一些实施例中，介电隔板58和64可分别称为第一介电隔板和第二介电隔板。
[0041]衬垫60和62可分别称为第一导电结构和第二导电结构；且所述结构直接位于底部电极上方。在所示实施例中，第一导电结构60直接接触底部电极16，且第二导电结构62未直接接触所述底部电极。相反地，所述第二导电结构通过介电隔板58与所述底部电极隔开。
[0042]沿导电结构62的侧壁形成介电衬垫66。可使用任何合适处理来形成所述介电衬垫。举例来说，可通过跨整个构造50提供介电材料且接着随后使用图案化掩模(未展示)和一个或一个以上合适蚀刻图案化此材料来形成所述介电衬垫。随后,可使用CMP来形成跨材料54、衬垫62、隔板64及衬垫66延伸的所展示的平面化上表面。
[0043]衬垫66可包含任何合适的电绝缘组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:二氧化硅、氮化硅中的一者或一者以上及各种掺杂娃酸盐玻璃中的任一者。
[0044]虽然衬垫66展示为抵靠于导电结构62形成，但在其它实施例中所述衬垫可抵靠于另一导电结构60形成。
[0045]在形成衬垫66之后，通过各种结构58、60、62、64及66来使开口 56变窄。底部电极16具有暴露于变窄开口内的部分68，且具有由各种结构58、60、62、64及66覆盖的另一部分。
[0046]参考图9，沿介电衬垫66的侧壁形成石墨烯结构70。所述石墨烯结构直接接触底部电极16的暴露部分68，且因此在所示实施例中与所述底部电极直接电耦合。石墨烯结构70类似于上文参考图3论述的结构24，且可包含任何合适组合物。举例来说，所述石墨烯结构在一些实施例中可包含单一石墨烯层；且在其它实施例中可包含多个石墨烯层(举例来说，在一些实施例中可为双层结构)。
[0047]可使用任何合适处理来形成石墨烯结构70。举例来说，可沿介电隔板66形成合适晶种材料，且接着可由此晶种材料外延生长石墨烯。实例晶种材料可包括碳化硅和/或各种金属(例如，钌、铱等等)。或者，可沿介电隔板66形成石墨烯前驱体且接着再转化为石墨烯。实例石墨烯前驱体为氧化石墨，可使用一种或一种以上合适的还原剂(例如，肼)将所述氧化石墨转化为石墨烯。
[0048]在所示实施例中，仅沿介电衬垫66的侧壁形成石墨烯结构70。在一些实施例中，此可通过仅沿所述介电衬垫的侧壁提供适当的晶种材料和/或前驱体而完成。举例来说，可在衬垫66的顶部上方以及沿所述侧壁沉积所述晶种材料和/或前驱体，且接着使所述晶种材料和/或前驱体经历各向异性蚀刻以仅沿所述侧壁留下所述晶种材料和/或前驱体。或者，在一些实施例中，可先形成所述石墨烯结构以跨所述介电衬垫的上表面延伸，且甚至可能跨导电结构62的上表面延伸。接着可使用CMP、各向异性蚀刻和/或其它适当处理从所述上表面上方移除所述石墨烯结构，以形成图9中所示的构造。[0049]虽然导电结构60和62被描述为在图7的处理阶段同时形成，但在其它实施例中可循序形成所述导电结构。举例来说，可在图7的处理阶段形成结构62，且可在形成介电衬垫66和石墨烯结构70中的一者或两者后的处理阶段形成结构60。
[0050]在形成石墨烯结构70之后，沿导电结构60和介电隔板64保留开口 56的一部分(具体来说，此开口在石墨烯结构70与介电衬垫66相对的一侧上)。如图10中所示，随后用介电材料72填充所述开口。
[0051]在图10的处理阶段处，平面化上表面73跨构造50延伸。可利用例如(例如)CMP的任何合适处理来形成此平面化上表面。在所图解说明的实例实施例中，在图6到10的各种过程阶段中的所有阶段图解说明构造50的平面化上表面。在其它实施例中，在图6到10的过程阶段所提供的各种材料可伴随非平面化上表面而留下，且接着可在形成用以填充开口 56的最终材料(所示实例实施例中的材料72)之后进行平面化，以形成图10的平面化上表面73。
[0052]参考图11，在平面化上表面73上形成顶部电极18。顶部电极18展示为包含导电材料20。可使用任何合适处理来形成所述顶部电极。举例来说,可跨整个上表面73形成材料20且接着使用光刻图案化的光致抗蚀剂掩模(未展示)和一个或一个以上合适蚀刻使材料20图案化来形成图11的图案化顶部电极18。
[0053]顶部电极18与向下延伸导电结构62电耦合，且底部电极16与向上延伸导电结构60电耦合。因此，图11的构造包含类似于图3的开关的开关12a，而结构60和62类似于图3的结构42和44。在操作中，结构60和62跨石墨烯结构70提供电场，使得图11的开关可类似于上文参考图3描述的开关来操作。
[0054]集成式开关12a可用于任何合适应用中。在一实例应用中，所述开关可代表跨用作存储器阵列中的选择装置的半导体构造同时制造的多个实质上相同开关。
[0055]图12到15展示用于制造含石墨烯的开关的另一实例过程。
[0056]参考图12，构造100包含基座14和支撑在此基座上方的一对隔开的底部电极16。基座14和电极16可包含上文参考图1到4论述的配置和组合物中的任一者。
[0057]所述底部电极展示为在介电材料102内图案化。介电材料102可包含任何合适的电绝缘组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:二氧化硅、氮化硅中的一者或一者以上及各种掺杂硅酸盐玻璃中的任一者。
[0058]跨底部电极16和介电材料102形成介电材料104，且在材料104内图案化开口 106以暴露所述底部电极的上表面。可使用任何合适处理来形成开口 106 ;包括(例如)与上文参考图5描述的用于在材料56内形成开口的处理类似的处理。
[0059]沿开口 106的侧壁且直接抵靠于电极16的上表面形成向上延伸导电结构108和110。可用与上文参考图7描述的用于制造结构60和62的处理类似的处理来形成导电结构 108 和 110。
[0060]结构108和110的导电材料已相对于材料104的顶部凹陷。因此，向上延伸结构108和110的最上方表面109和111在开口 106的顶部下方(即，在介电材料104的顶部表面下方)。
[0061]介电材料112经图案化为沿导电结构108和110的侧壁且在所述导电结构的顶部表面上方延伸的衬垫114。可使用任何合适处理来形成所述衬垫114。例如，可在材料104上方、沿结构108和110的侧壁及跨开口 106的底部表面形成材料112 ;且接着可使材料112仅经历各向异性蚀刻或与图案化掩模(未展示)的使用结合的各向异性蚀刻来将材料112图案化为衬垫14。
[0062]在所示实施例中，介电材料112可被视为在结构108和110上方形成类似于图8的隔板64的隔板，且还沿所述导电结构的侧壁形成类似于图9的衬垫66的衬垫。
[0063]在一些实施例中，介电材料104和114可分别称为第一和第二介电材料。
[0064]参考图13，沿衬垫114的侧壁形成含石墨烯的结构116。可利用任何合适处理来形成所述含石墨烯的结构，包括(例如)与上文参考图9描述的用于制造结构70的处理类似的处理。因此，可通过(例如)由合适晶种材料外延生长石墨烯和/或将合适前驱体转化为石墨烯来形成含石墨烯的结构。所述含石墨烯的结构可仅沿衬垫114的侧壁延伸(如所示)，或在其它实施例中可跨材料104和112中的一者或两者的上表面延伸。
[0065]所述含石墨烯的结构116直接接触所述底部电极16，且因此与所述底部电极电耦
八
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[0066]参考图14，将介电材料118形成在介电材料104和112上方、沿含石墨烯的结构116的侧壁且跨开口 106的底部延伸。介电材料118可包含任何合适组合物或组合物的组合，且可包含(例如)上文针对图10的材料72论述的任何组合物。在一些实施例中，介电材料118可称为第三介电材料以使其与第一介电材料104和第二介电材料112区分。
[0067]在所示实施例中，在于图13的处理阶段处形成含石墨烯的结构116之后底部电极
16的区域保持暴露，且图14的介电材料118覆盖此类暴露区域。
[0068]沿介电材料118的横向表面将导电材料120图案化为导电结构122。可利用任何合适处理将材料120图案化为所示导电结构。举例来说，可跨介电材料118保形地形成材料120，且接着可使材料120经历各向异性蚀刻以将材料120图案化为所展示的导电结构122。最终，结构122将成为类似于图4的结构44的向下延伸导电结构。在所示实施例中，结构122通过介电材料118与底部电极16隔开。在其它实施例中，结构122可通过经类似于图6到11的隔板58制造的介电隔板与所述底部电极隔开。
[0069]跨材料118和120且在结构122之间的间隙内形成介电材料124以填充开口 106。介电材料124可包含任何合适组合物或组合物的组合；且在一些实施例中可包含以下物质、基本上由以下物质组成或由以下物质组成:二氧化硅、氮化硅中的一者或一者以上及各种掺杂娃酸盐中的任一者。在一些实施例中，介电材料124可称为第四介电材料。
[0070]参考图15，使构造100经历平面化(例如，CMP)以形成跨石墨烯结构116和导电结构122延伸的平面化上表面125。在平面化上表面125上形成一对顶部电极18。所述顶部电极直接抵靠于含石墨烯的结构116和导电结构122 ;且因此与含石墨烯的结构116和导电结构122电耦合。所述顶部电极通过介电材料112与导电结构108和110隔开，且因此未与导电结构108和110电耦合。
[0071]图15的构造为类似于图4的构造，且因此包含彼此相邻封装的一对开关12a。在所示实施例中，所述开关为彼此沿垂直平面31的镜像。图12到15的处理在单一开口 106内形成多个开关12a。虽然所示处理形成一对开关，但也可使用类似处理来在单一开口内形成两个以上的开关。[0072]图式中的各种实施例的特定定向仅是出于说明目的，且在一些应用中所述实施例可相对于所示定向旋转。本文提供的说明书和随后的权利要求书涉及在各种特征之间具有所描述关系的任何结构，而不管所述结构是否在图式的特定定向中或相对于所述定向旋转。
[0073]为简化图式，所附图示的横截面视图仅展示横截面平面内的特征，而不展示横截面的平面后方的材料。
[0074]当一结构在上文被称为在另一结构“上”或“抵靠于”另一结构时，其可直接在另一结构上或也可存在介入结构。相对地，当一结构被称为“直接在”另一结构“上”或“直接抵靠于”另一结构时，不存在介入结构。当一结构被称为“连接”或“耦合”到另一结构时，其可直接连接或耦合到另一结构，或可存在介入结构。相对地，当一结构被称为“直接连接”或“直接耦合”到另一结构时，不存在介入结构。
[0075]在一些实施例中，本发明包括一种形成开关的方法。在基座上方形成底部电极。在所述底部电极上方直接形成第一导电结构。沿所述第一导电结构的侧壁形成介电材料。所述第一导电结构和所述介电材料一起覆盖所述底部电极的第一部分，同时使所述底部电极的第二部分暴露。形成石墨烯结构，其与所述底部电极的暴露部分电耦合、沿着所述介电材料且通过所述介电材料与所述第一导电结构横向隔开。在所述石墨烯结构与所述第一导电结构相对的一侧上形成第二导电结构，且所述第二导电结构直接形成于所述底部电极上方。在所述石墨烯结构上方形成顶部电极。所述底部电极与所述第一和第二导电结构中的一者电稱合，且所述顶部电极与所述第一和第二导电结构中的另一者电稱合。所述第一和第二导电结构经配置以跨所述石墨烯结构提供电场。
[0076]在一些实施例中，本发明包括另一种形成开关的方法。在底部电极上方形成第一和第二导电结构,且所述第一和第二导电结构形成为彼此横向隔开。所述第一导电结构直接接触所述底部电极，且所述第二导电结构不直接接触所述底部电极。沿所述第一和第二导电结构中的一者的侧壁形成介电衬垫。所述底部电极的一部分在形成所述介电衬垫之后保持暴露。形成石墨烯结构以沿所述介电衬垫延伸且所述石墨烯结构与所述底部电极电耦合。在所述石墨烯结构和所述第一和第二导电结构上方形成顶部电极。所述顶部电极与所述石墨烯结构电耦合，直接接触所述第二导电结构，且不直接接触所述第一导电结构。所述第一和第二导电结构经配置以跨所述石墨烯结构提供电场。
[0077]在一些实施例中，本发明包括一种形成多个开关的方法。在基座上方形成一对隔开的底部电极，且在所述底部电极上方形成第一介电材料。形成开口以延伸穿过所述第一介电材料且到达所述底部电极。沿所述开口的侧壁形成一对向上延伸的导电结构。所述向上延伸导电结构中的一者直接抵靠于所述底部电极的一者，且所述向上延伸导电结构中的另一者直接抵靠于所述底部电极中的另一者。沿所述向上延伸导电结构的侧壁形成第二介电材料。所述底部电极的部分在形成所述第二介电材料之后保持暴露。形成一对石墨烯结构以从所述底部电极的暴露部分向上延伸。所述石墨烯结构的第一者与所述底部电极中的一者电耦合且直接位于所述底部电极中的一者上方，且所述石墨烯结构的第二者与所述底部电极中的另一者电耦合且为直接位于所述底部电极中的另一者上方。沿所述石墨烯结构的侧壁形成第三介电材料。沿所述第三介电材料形成一对向下延伸的导电结构。在所述向下延伸导电结构之间形成第四介电材料。在所述石墨烯结构和所述向下延伸导电结构上方形成一对顶部电极。所述顶部电极中的一者与所述第一石墨烯结构电耦合且与所述向下延伸导电结构中的一者电耦合。所述顶部电极中的另一者与所述第二石墨烯结构电耦合且与所述向下延伸导电结构中的另一者电耦合。
【权利要求】
1.一种形成开关的方法，其包括: 在基座上方形成底部电极； 直接在所述底部电极上方形成第一导电结构； 沿所述第一导电结构的侧壁形成介电材料，所述第一导电结构和所述介电材料一起覆盖所述底部电极的第一部分且使所述底部电极的第二部分保持暴露； 形成石墨烯结构，其与所述底部电极的暴露部分电耦合、沿着所述介电材料且通过所述介电材料与所述第一导电结构横向隔开； 在所述石墨烯结构与所述第一导电结构相对的一侧上形成第二导电结构，所述第二导电结构直接 位于所述底部电极上方； 在所述石墨烯结构上方形成顶部电极；所述底部电极与所述第一和第二导电结构中的一者电耦合，所述顶部电极与所述第一和第二导电结构中的另一者电耦合；且其中所述第一和所述第二导电结构经配置以跨所述石墨烯结构提供电场。
2.根据权利要求1所述的方法，其中在所述底部电极上方的开口中形成所述开关，且其中所述开关为形成于所述底部电极上方的所述开口中的唯一开关。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关为形成于一对底部电极上方的共同开口中的一对开关中的一者。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述开关为形成于多个底部电极上方的共同开口中的多个开关中的一者。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述石墨烯结构的所述形成包含: 沿所述介电材料形成晶种材料；和 沿所述晶种材料外延生长石墨烯。
6.一种形成开关的方法，其包含: 在底部电极上方形成第一和第二导电结构且使所述第一和第二导电结构彼此横向隔开；所述第一导电结构直接接触所述底部电极，且所述第二导电结构不直接接触所述底部电极； 沿所述第一和第二导电结构中的一者的侧壁形成介电衬垫，所述底部电极的一部分在形成所述介电衬垫之后暴露； 沿所述介电衬垫形成石墨烯结构，所述石墨烯结构与所述底部电极电耦合； 在所述石墨烯结构与所述第一和第二导电结构上方形成顶部电极；所述顶部电极与所述石墨烯结构电耦合，直接接触所述第二导电结构，且不直接接触所述第一导电结构；且其中所述第一和第二导电结构经配置以跨所述石墨烯结构提供电场。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一和第二导电结构同时形成。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一和第二导电结构相对于彼此循序形成。
9.根据权利要求6所述的方法，其中在形成所述石墨烯结构之后于所述底部电极上方保留开口 ；所述开口在所述石墨烯结构与所述介电衬垫相对的一侧上，所述方法进一步包含在形成所述顶部电极之前用介电材料填充所述开口。
10.根据权利要求6所述的方法，其中所述介电衬垫包含第二介电材料，且所述方法进一步包含: 在所述底部电极上方形成第一介电材料；形成延伸穿过所述第一介电材料到达所述底部电极的开口，所述开口具有沿横截面的一对侧壁； 沿所述侧壁中的一者的底部区域形成介电隔板；以及 沿所述开口的所述侧壁形成导电衬垫，所述衬垫中的一者为所述第一导电结构，且所述衬垫中的另一者为所述第二导电结构；所述第二导电结构通过所述介电隔板与所述底部电极隔开。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述导电衬垫的所述形成包含: 沿所述开口的所述侧壁且跨所述开口的底部沉积导电材料；和 各向异性蚀刻所述导电材料。
12.根据权利要求10所述的方法，其中所述介电隔板为第一介电隔板，且所述方法进一步包含在形成所述顶部电极之前用第二介电隔板替代所述导电衬垫的所述一者的顶部部分。
13.一种形成开关的方法，其包含: 在基座上方形成一对隔开的底部电极； 在所述底部电极上方形成第一介电材料； 形成延伸穿过所述第一介电材料到达所述底部电极的开口； 沿所述开口的侧壁形成一对向上延伸导电结构，所述向上延伸导电结构中的一者直接抵靠于所述底部电极中的一者，且所述向上延伸导电结构的另一者直接抵靠于所述底部电极中的另一者； 沿所述向上延伸导电结构的侧壁形成第二介电材料，所述底部电极的部分在形成所述第二介电材料之后暴露； 形成一对从所述底部电极的暴露部分向上延伸的石墨烯结构；所述石墨烯结构的第一者与所述底部电极中的一者电耦合且直接位于所述底部电极中的一者上方；所述石墨烯结构的第二者与所述底部电极中的另一者电耦合且直接位于所述底部电极中的另一者上方； 沿所述石墨烯结构的侧壁形成第三介电材料； 沿所述第三介电材料形成一对向下延伸导电结构； 在所述向下延伸导电结构之间形成第四介电材料；以及 在所述石墨烯结构和所述向下延伸导电结构上方形成一对顶部电极；所述顶部电极中的一者与所述第一石墨烯结构电稱合且与所述向下延伸导电结构中的一者电稱合，且所述顶部电极中的另一者与所述第二石墨烯结构电耦合且与所述向下延伸导电结构中的另一者电I禹合。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述向上延伸导电结构的所述形成包含: 沿所述开口的所述侧壁且跨所述开口的底部沉积导电材料； 各向异性蚀刻所述导电材料；以及 使所述导电材料相对于所述开口的顶部凹陷，以致所述向上延伸导电结构的上表面在所述开口的所述顶部下方。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第二介电材料的所述形成包含: 沿所述向上延伸导电结构且在所述向上延伸导电结构上方且跨所述开口的底部沉积所述第二介电材料；和 各向异性蚀刻所述第二介电材料，以沿所述向上延伸导电结构的侧壁形成介电衬垫，且在所述向上延伸导电结构上方形成介电隔板。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述顶部电极直接在所述介电隔板上形成。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述石墨烯结构的所述形成包含: 沿所述介电衬垫和所述介电隔板的侧壁沉积晶种材料；和 沿所述晶种材料外延生长石墨烯。
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包含各向异性蚀刻所述晶种材料，以在生长所述石墨烯之前从所述介电隔板的顶部上方移除所述晶种材料。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述石墨烯在所述介电隔板的顶部上方生长，且所述方法进一步包含各向异性蚀刻所述石墨烯，以从所述介电隔板的所述顶部上方移除所述石墨烯。
20.根据权利要求13所述的方法，其中在形成所述石墨烯结构之后使所述底部电极的区域暴露，其中所述第三介电材料覆盖此类经暴露区域，且其中所述向下延伸导电结构的底部通过所述第三介电材料与所述底部电极隔开。
【文档编号】H01L27/02GK103703563SQ201280036869
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2012年6月27日 优先权日:2011年7月26日
【发明者】古尔特杰·S·桑胡 申请人:美光科技公司