一种在基材上形成目标材料特征件的方法技术

根据本发明专利技术概念的一个方面，提供了一种在基材上形成目标材料特征件的方法，所述方法包括：在基材上形成牺牲材料特征件；以及通过沉积工艺形成目标材料的所述特征件,在该过程中通过用沉积工艺前体形成挥发性反应产物来从所述基材上去除牺牲材料的特征件，其中所述牺牲材料被所述目标材料替代，所述目标材料选择性地沉积在基材的被牺牲材料的特征件覆盖的表面部分上，形成目标材料的所述特征件。

【技术实现步骤摘要】
一种在基材上形成目标材料特征件的方法
本专利技术概念涉及在基材上形成目标材料特征件的方法。背景在半导体器件制备中，经常需要在基材上形成特征件，所述特征件的形状和尺寸取决于要被制备的器件的类型。用于形成特征件的标准技术包括使用例如光刻和蚀刻的组合来图案化材料层。不过该技术的一个缺点是蚀刻剂可与被图案化的材料反应，这样会在所述特征件的边缘(即在蚀刻过程中形成的所述特征件的边界表面)对材料的电子特性造成负面影响。当器件尺寸以及特征件的尺寸减小时，所述缺点可能更显著。
技术实现思路
鉴于上述内容，本专利技术概念的总体目的是提供另一种在基材上形成目标材料特征件的技术，其不存在或至少减少了现有的图案化技术中的缺点。可从下文中理解其它目的：根据本专利技术概念的一个方面，提供了一种在基材上形成目标材料特征件的方法，所述方法包括：在基材上形成牺牲材料的特征件；以及通过沉积工艺形成目标材料的所述特征件,在该过程中通过用沉积工艺前体形成挥发性反应产物来从所述基材上去除牺牲材料的特征件，其中所述牺牲材料被所述目标材料替代，所述目标材料选择性地沉积在基材的被牺牲材料的特征件覆盖的表面部分上，形成目标材料的所述特征件。通过所述专利技术方法，提供选择性的沉积工艺，其中可将牺牲层的图案转移到目标材料上。由此可以通过使用牺牲层作为中间体或模板将材料形成成具有期望几何形状的特征件，原本使用常规光刻和蚀刻处理所述材料可能具有挑战性或不可能完成(例如，由于不与蚀刻剂形成挥发性化合物)。同样，通过不依赖于蚀刻工艺，可避免目标材料和蚀刻剂之间的反应。通常，可由可使用光刻来图案化的材料形成牺牲层。在下文中，牺牲材料的特征件和目标材料的特征件也可分别称为牺牲特征件和目标特征件。根据一个实施方式，所述牺牲材料包括在与沉积工艺的所述前体的反应中作为共试剂的牺牲元素。因此，牺牲材料的存在是与前体的反应的一个条件，由此可知特别通过牺牲材料的特征件的尺寸决定的牺牲元素的量至少部分地控制目标材料的特征件的最终尺寸。因此，牺牲层的图案化影响目标材料的特征件的位置以及纵向、横向和厚度尺寸。例如，共试剂可用作还原剂或参与配体交换反应。根据一个实施方式，所述前体包括用于形成目标材料的目标元素和反应元素的化合物，牺牲材料包含在与所述前体的反应中作为共试剂并与所述反应元素形成挥发性反应产物的牺牲元素，其中将所述目标元素沉积在基材上。因此，可形成由单一类型的化学元素组成的目标材料。结合前述实施方式讨论的优点也适用于此实施方式。根据一个实施方式，沉积工艺包括将基材暴露于第一前体和第二前体，所述第一前体包括用于形成目标材料的第一目标元素和第一反应元素的化合物，所述牺牲层包含在与所述第一前体的反应中作为共试剂并与所述第一反应元素形成挥发性反应产物的牺牲元素，其中将所述第一目标元素沉积在基材上；以及第二前体包含用于和第一目标元素结合形成目标材料的第二目标元素的化合物，以及第二反应元素，其中所述第二目标元素与沉积在基材上的第一目标元素反应以形成目标材料，并且所述第二反应元素形成挥发性反应产物。因此，可形成由两种类型的化学元素的组合组成的目标材料。结合前述实施方式讨论的优点也适用于此实施方式。在任何上述实施方式中的沉积工艺可以是化学气相沉积工艺、脉冲化学气相沉积工艺(pulsedchemicalvapordepositionprocess)或原子层沉积工艺。沉积工艺的一种前体或多种前体可以是气态的。根据一个实施方式，在基材上形成牺牲材料的特征件包括在基材上形成牺牲材料层并使用光刻和蚀刻工艺图案化所述牺牲材料层。因此，可使用常规且容易可得的图案化工艺来图案化所述牺牲层。优选地，可形成的牺牲层的单层层数为1-10层。根据一个实施方式，牺牲材料的特征件包括至少一个纳米结构。因此，可将目标材料形成为纳米结构特征件。根据一个实施方式，所述至少一个纳米结构包括沿所述基材延伸的至少一根纳米线。因此，可将目标材料形成成水平纳米线特征件。形成纳米线的纳米结构可理解为呈现细长形状的纳米结构。所述纳米线的宽度可为例如5-10nm。也可以量子点的形状形成所述纳米结构。本文中，量子点形状应理解为具有横向延伸的特征件，所述横向延伸不超过10nm，更优选地不超过5nm。根据一个实施方式，所述牺牲材料的特征件在基材的缓冲层上形成，该缓冲层对沉积工艺的前体是惰性的。因此，所述缓冲层可防止下方材料与沉积工艺的前体反应。根据一个实施方式，牺牲层包含Si、Al、Ti、TiN、Hf、Sn、Zr或Ta。这些材料的每种都能形成同时含有氯化物基前体和氟化物基前体的挥发反应产物。用于这些材料层的沉积和图案化的工艺同样是精确且可靠的。根据一个实施方式，沉积工艺包括含有过渡金属源的前体。从而可形成包含过渡金属的目标材料特征件。具体地，所述前体可包含过渡金属和氟化物/氟离子或氯化物/氟离子的化合物。过渡金属可为钨(W)或钼(Mo)。通过将目标材料特征件经过硫化或硒化处理，可将过渡金属材料的目标材料特征件转化为过渡金属二硫属化物(TMDC)材料的特征件。根据一个实施方式，沉积工艺包括含有过渡金属源的第一前体和含有硫属元素源的第二前体。从而可形成包含过渡金属二硫属化物(TMDC)的目标层。通过使用第一和第二前体形成TMDC，目标材料特征件可以是TMDC单层的堆叠体。TMDC的单层(也可表示为MX2)包含夹在两层硫属原子X之间的一层过渡金属原子M。专利技术人意识到，本专利技术方法可优选用于形成MX2的图案。通过常规光刻方法图案化MX2层可能在不同循环中由于MX2的结构而需要蚀刻剂的组合。此外，通过常规图案化和蚀刻技术得到的MX2层的纳米结构可能具有未钝化的边缘(不饱和的“悬空”金属键，硫属原子-空位)或含有来自蚀刻工艺的杂质/残留物。MX2边缘和边缘末端的结构以及边缘原子的钝化可改变MX2纳米簇的电子特性并使得它们易于被氧化。由于MX2可被直接置于所需形状的特征件中，本专利技术方法避免了这些问题。具体地，所述方法能形成TMDC大致“2D”的特征件(即二维的层或膜)。第一前体的过渡金属可为钨(W)或钼(Mo)。第一前体可以是过渡金属和氟化物/氟离子或氯化物/氯离子的化合物。第二前体的硫属元素可以是硒(Se)、硫(S)或碲(Te)。第二前体可以是硫属元素和氢(H2)的化合物。根据一个实施方式，所述牺牲材料的特征件在Al2O3层、SiO2层、Si3N4层、过渡金属二硫属化物层、石墨烯层或金属层上形成。这些材料在沉积工艺过程中基本对于与所述前体或它们的元素的反应惰性。特别是它们对于过渡金属基前体和氟化物(氟离子)/氯化物(氯离子)基前体惰性。根据一个实施方式，沉积工艺包括第一前体和第二前体，其中第一前体选自下组：WF6、MoCl3、MoCl4、MoCl5、WCl4、WCl5、WCl6、WO2Cl2，其中第二前体选自下组：H2S、H2Se、H2Te、H2O、O2等离子体、O3、NH3、基于C的化合物。根据一个实施方式，在基材上形成至少一个离散牺牲材料特征件(例如通过在基材上形成牺牲材料层并图案化所述牺牲材料层使其包含至少一个离散牺牲材料特征件)，其中在所述沉积工艺过程中，所述至少一个特征件的每个被包含过渡金属二硫属化物材料的一层或多层单层的目标材料的各个特征件所替代，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在基材上形成目标材料特征件的方法，该方法包括：在基材上形成牺牲材料特征件；以及通过沉积工艺形成目标材料的所述特征件,在该过程中通过用沉积工艺前体形成挥发性反应产物来从所述基材上去除牺牲材料的特征件，其中所述牺牲材料被所述目标材料替代，所述目标材料选择性地沉积在基材的被牺牲材料的特征件覆盖的表面部分上，形成目标材料的所述特征件。

【技术特征摘要】
2015.12.21 EP 15201632.51.一种在基材上形成目标材料特征件的方法，该方法包括：在基材上形成牺牲材料特征件；以及通过沉积工艺形成目标材料的所述特征件,在该过程中通过用沉积工艺前体形成挥发性反应产物来从所述基材上去除牺牲材料的特征件，其中所述牺牲材料被所述目标材料替代，所述目标材料选择性地沉积在基材的被牺牲材料的特征件覆盖的表面部分上，形成目标材料的所述特征件。2.如权利要求1所述的方法，其中所述牺牲材料包括在与沉积工艺的所述前体的反应中作为共试剂的牺牲元素。3.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中所述前体包括用于形成目标材料的目标元素和反应元素的化合物，牺牲材料包含在与所述前体的反应中作为共试剂并与所述反应元素形成挥发性反应产物的牺牲元素，其中将所述目标元素沉积在基材上。4.如权利要求1-2中任一项所述的方法，其中：所述沉积工艺包括将基材暴露于第一前体和第二前体，所述第一前体包括用于形成目标材料的第一目标元素和第一反应元素的化合物，所述牺牲层包含在与所述第一前体的反应中作为共试剂并与所述第一反应元素形成挥发性反应产物的牺牲元素，其中将所述第一目标元素沉积在基材上；以及第二前体包含用于与第一目标元素组合形成目标材料的第二目标元素的化合物，以及第二反应元素，其中所述第二目标元素与沉积在基材上的第一目标元素反应以形成目标材料，并且所述第二反应元素形成挥发性反应产物。5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中在基材上形成牺牲材料特征件包括在基材上形成牺牲材料层并使用光刻和蚀刻工艺图案化所述牺牲材料层。6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述牺牲材料的特征件包括至少一个纳米结构。7.如权利要求6所述的方法，其中所述至少一个纳米结构包括沿所述基材延伸的至少一根纳米线。8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述牺牲材料的特征件在基材的缓冲层上形成，所述缓冲层对沉积工艺的前体是惰性的。9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中所述牺牲层包含Si、Al、Ti、TiN、Hf、Sn、Zr或Ta。10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述沉积工艺包括含有过渡金属源的前体。11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中所述沉积工艺包括含有过渡金属源的第一前体和含有硫属元素源的第二前体。12.如权利要求1-11中任一项所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·德拉比，M·海涅，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时,BE