低接触电阻石墨烯装置集成制造方法及图纸

本发明专利技术涉及低接触电阻石墨烯装置集成。一种电子装置(100)具有带有一或多个石墨烯原子层的石墨烯层(106)，具有包含直接位于所述石墨烯层(106)上的掺杂碳的金属层(110)的低电阻触点。所述电子装置(100)是通过在所述电子装置(100)的衬底层(102)上形成掺杂碳的金属层(110)而形成。随后将所述掺杂碳的金属层(110)加热到一温度且随后进行冷却，在所述温度以上所述掺杂碳的金属层(110)中的碳(114)变得移动。所述掺杂碳的金属层(110)中的所述碳(114)在所述掺杂碳的金属层(110)下方并在所述衬底层(102)上方形成所述石墨烯层(106)。从接触区域以外的区域移除所述掺杂碳的金属层(110)，从而留下所述接触区域中的所述掺杂碳的金属层(110)以提供到所述石墨烯层(106)的接触层。

Low contact resistance graphene device integration

The invention relates to the integration of low electric shock resistance graphene devices. An electronic device (100) has a graphene layer (106) with one or more graphene atom layers and a low resistance contact comprising a carbon-doped metal layer (110) directly located on the graphene layer (106). The electronic device (100) is formed by forming a carbon-doped metal layer (110) on the substrate layer (102) of the electronic device (100). The carbon-doped metal layer (110) is then heated to a temperature and then cooled, and the carbon (114) in the carbon-doped metal layer (110) above the temperature becomes mobile. The carbon (114) in the carbon-doped metal layer (110) forms the graphene layer (106) below the carbon-doped metal layer (110) and above the substrate layer (102). The carbon-doped metal layer (110) is removed from the area outside the contact area, leaving the carbon-doped metal layer (110) in the contact area to provide the contact layer to the graphene layer (106).

【技术实现步骤摘要】
低接触电阻石墨烯装置集成
本专利技术涉及电子装置的领域。更明确地说，本专利技术涉及电子装置中的石墨烯层。
技术介绍
石墨烯具有对于电子装置的组件来说合意的性质，例如高电子迁移率、高电流载运容量、高导热率及双极行为。石墨烯的成功集成需要以与使用常规材料及过程的替代结构相比具有竞争性的制作成本提供相对无缺陷的石墨烯层及到石墨烯层的低电阻触点的过程。已花费许多努力来追求这些目标，但以商业上可行的方式将石墨烯集成于电子装置中仍成问题。
技术实现思路
下文呈现简化
技术实现思路
，以便提供对本专利技术的一或多个方面的基本理解。此
技术实现思路
并非本专利技术的扩展性概述，且既不打算识别本专利技术的关键或紧要元件，也不打算划定其范围。相反，本
技术实现思路
的主要目的为以简化形式呈现本专利技术的一些概念作为稍后所呈现的更详细描述的前言。一种形成包含具有低电阻触点的石墨烯层的电子装置的方法包含在所述电子装置的衬底层上形成掺杂碳的金属层。随后将所述掺杂碳的金属层加热到一温度，在所述温度以上所述掺杂碳的金属层中的碳处于饱和浓度。随后将所述掺杂碳的金属层冷却以在所述掺杂碳的金属层的直接邻近于所述衬底层的底部表面处形成包含一或多个石墨烯原子层的石墨烯层。从接触区域以外的区域移除所述掺杂碳的金属层，从而留下所述接触区域中的所述掺杂碳的金属层以提供到所述石墨烯层的低电阻接触层。还揭示一种电子装置，其包含具有带有掺杂碳的金属的接触层的石墨烯层。附图说明图1是具有石墨烯层及石墨烯层上的掺杂碳的金属接触层的实例性电子装置的横截面。图2A到2I是以实例性形成方法的连续阶段描绘的包含具有掺杂碳的金属接触层的石墨烯层的电子装置的横截面。图3A到3G是以另一实例性形成方法的连续阶段描绘的包含具有掺杂碳的金属接触层的石墨烯层的电子装置的横截面。图4描绘形成掺杂碳的金属层的另一方法，其用于形成具有带有掺杂碳的接触层的石墨烯层的电子装置的过程。图5是具有石墨烯层及石墨烯层上的掺杂碳的金属接触层的另一实例性电子装置的横截面。具体实施方式参考附图描述本专利技术。所述图未按比例绘制且仅经提供以图解说明本专利技术。下文参考用于图解说明的实例性应用来描述本专利技术的数个方面。应理解，陈述众多特定细节、关系及方法以提供对本专利技术的理解。本专利技术不限于动作或事件的所图解说明次序，因为一些动作可以不同次序发生及/或与其它动作或事件同时发生。此外，并非需要所有所图解说明动作或事件来实施根据本专利技术的方法。注意，可在本专利技术中使用例如顶部、底部、上方及下方等术语。这些术语不应解释为限制结构或元件的位置或定向，而是应用于提供结构或元件之间的空间关系。出于本专利技术的目的，将理解，如果将一元件称为“位于”另一元件“上”或“位于”另一元件“上方”，那么所述元件可直接位于所述另一元件上或直接位于所述另一元件上方，或者可存在介入元件。如果将一元件称为“直接位于”另一元件“上”或“直接位于”另一元件“上方”，那么应理解，不存在其它有意安置的介入元件。图1是具有石墨烯层及位于石墨烯层上的掺杂碳的金属接触层的实例性电子装置的横截面。举例来说，电子装置100可为集成电路、离散电子组件(例如电阻器、电容器或天线)、电子显示部件(例如发光二极管屏幕)、电子换能器(例如扬声器或致动器)，或者电子传感器。电子装置100具有衬底层102，衬底层102可包含延伸到衬底层102的顶部表面104的电介质材料。举例来说，所述电介质材料可包含二氧化硅、基于二氧化硅的材料、氮化硅、氧化铝、陶瓷、硅酮聚合物或有机聚合物。衬底层102可安置于例如硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓、碲化镉、钙钛矿或石墨烯等电子材料上方。电子装置100包含安置于顶部表面104上方的石墨烯层106。包含一或多个石墨烯原子层的石墨烯层106提供电子装置100的组件108的导电部件。出于本专利技术的目的，术语“石墨烯原子层”应理解为指一个原子厚的石墨烯层。在当前实例中，组件108实施为场效应晶体管108，且石墨烯层106为场效应晶体管108提供沟道层。使用石墨烯层106的组件108的其它实施方案(例如电阻器、电容器或传感器)在当前实例的范围内。掺杂碳的金属接触层110直接安置于石墨烯层106上。接触层110不延伸于整个石墨烯层106上方。举例来说，接触层110可包含钴、镍、铜、钌、铑、钯、银、铼、铱、铂、金或其任一组合。这些金属并非穷尽性列表，且是以实例的方式提供。适合于掺入碳以在石墨烯层上形成接触层的其它金属在当前实例的范围内。接触层110可包含两种或多于两种不同金属的均质合金或混合物，例如镍铜合金。接触层110可包含具有不同金属的两个或多于两个层的分层结构。图1中通过圆圈在接触层110中示意性地描绘碳原子114。掺杂碳的金属中的碳原子114的浓度可为百万分之几到数个原子百分比，其可大约等于在形成石墨烯层106所处的温度下金属中的碳的饱和浓度。举例来说，钴、镍、钯及铼具有比银、金及铜高的碳饱和浓度。举例来说，形成石墨烯层106所处的温度可为大约400℃到大约1100℃。在低于大约400℃的温度下，碳原子114可能不具有充足迁移率来形成石墨烯层106。在高于大约1100℃的温度下，可发生掺杂碳的金属的降级(例如到衬底层102的粘附力的损失)，或可发生电子装置100的材料及组件的降级。接触层110的平均厚度112也可取决于在形成石墨烯层106所处的温度下金属中的碳的饱和浓度。具有在1原子百分比到3原子百分比范围内的碳饱和浓度的金属可具有在50纳米到500纳米的范围内的平均厚度112。具有较低碳饱和浓度的金属的平均厚度112可具有对应较大值。接触层110与石墨烯层106之间的接触电阻率可小于10-7ohmcm2。在当前实例中，接触层110为场效应晶体管108提供源极及漏极端子，场效应晶体管108包含接触层110及栅极结构118。上部电介质层116安置于衬底层102及场效应晶体管108上方。举例来说，上部电介质层116可包含氮化硅衬里、基于二氧化硅的材料(例如硼磷硅酸盐玻璃(BPSG))的主要层及氮化硅或氧氮化硅顶盖层。场效应晶体管108的栅极结构118安置于接触层110之间在石墨烯层106上的上部电介质层116中。栅极结构118包含栅极电介质层120，栅极电介质层120包含高k电介质材料，例如氧化铪、氧化锆等等。栅极122安置于栅极电介质层120上。栅极122可包含衬里124、功函数层126及填充层128，如图1中所描绘。或者，栅极122可具有多晶硅、金属硅化物、氮化钛或者例如镍、钴或钌等元素金属的均质结构。用于栅极122的其它结构在当前实例的范围内。在当前实例中，垂直触点130是穿过上部电介质层116而安置，从而直接连接到接触层110。出于本专利技术的目的，术语“垂直”应理解为指垂直于电子装置100的当前顶部表面的平面的方向。在当前实例的一个实施方案中，垂直触点130可包含钛及氮化钛或氮化钽的衬里132以及钨填充金属134。在另一实施方案中，垂直触点130可包含钽或氮化钽的衬里132以及铜填充金属134。在又一实施方案中，垂直触点130可包含碳纳米管、石墨烯或石墨材料。在当前实例的一个版本中，垂直触点130可具有与到电子装置100的有源组件的触点相同的结构及组合物。在另一版本中，垂直触点130可具有与到电子装置1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子装置，其包括：衬底层，其具有顶部表面；位于所述衬底层上方的石墨烯层，其包括石墨烯层的至少一个原子层；及直接位于所述石墨烯层上的接触层，所述接触层包括掺杂碳的金属，其中所述接触层暴露出石墨烯层的一或多个区。

【技术特征摘要】
2017.04.25 US 15/496,8141.一种电子装置，其包括：衬底层，其具有顶部表面；位于所述衬底层上方的石墨烯层，其包括石墨烯层的至少一个原子层；及直接位于所述石墨烯层上的接触层，所述接触层包括掺杂碳的金属，其中所述接触层暴露出石墨烯层的一或多个区。2.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述掺杂碳的金属包括选自由以下各项组成的群组的金属：钴、镍、铜、钌、铑、钯、银、铼、铱、铂及金。3.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述掺杂碳的金属中碳原子的浓度大约等于在大约400℃与大约1100℃之间所述掺杂碳的金属中碳的饱和浓度。4.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述掺杂碳的金属的顶部表面基本上不含石墨材料。5.根据权利要求1所述的电子装置，其进一步包括位于所述接触层上的垂直触点。6.根据权利要求1所述的电子装置，其进一步包括位于所述接触层上的横向互连件。7.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述石墨烯层提供场效应晶体管的沟道层，且其中所述接触层提供所述场效应晶体管的漏极端子。8.一种方法，其包括：提供具有顶部表面的衬底层；在所述顶部表面上方形成掺杂碳的金属层；将所述掺杂碳的金属层加热以在所述衬底层的所述顶部表面上方并在所述掺杂碳的金属层下方形成包括至少一个石墨烯原子层的石墨烯层；及移除接触区域以外的区域中的所述掺杂碳的金属层以直接在所述石墨烯层上形成所述掺杂碳的金属层的接触层。9.根据权利要求8所述的方法，其中执行将所述掺杂碳的金属层加热以便将所述掺杂碳的金属层加热到介于大约400℃与大约1100℃之间。10.根据权利要求8所述的方法，其中将所述掺杂碳的金属层加热会在所述掺杂碳的金属层的上部表面上形成定位成与所述石墨烯层相对的石墨材料层。11.根据权利要求10所述的方法，其包括在移除所述接触区域以外的所述区域中的所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：路易吉·科隆博，阿尔莎娜·韦努戈帕尔，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国,US