用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法制造方法及图纸

一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法，其涉及将具有第一含过渡金属的垫块的基材布置在化学气相沉积室中。在化学气相沉积室中，将含硫属元素的前体布置在基材的上游。加热化学气相沉积室一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块相邻的区域中形成过渡金属二硫属化物层，其包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月7日提交的题为“用于控制多种过渡金属二硫属化物生长的方法”的美国临时专利申请第62/582462号和2018年2月8日提交的题为“用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法”的美国临时专利申请第62/628115号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。
技术介绍

所公开的主题的实施方案一般地涉及用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法。
技术介绍
讨论二维(2D)过渡金属二硫属化物(TMD)层状材料，例如那些具有二硫化钼(MoS2)层的材料，已被公认为高通断比的半导体，其有望用于高量子产率的光电子器件、下一代晶体管和集成电路应用。常规的过渡金属二硫属化物生长技术的一个问题是对生长位置的控制很少。例如，现在参考图1，在一种常规技术中，将硫(S)102和过渡金属104粉末布置在化学气相沉积室106中。气体108被提供至化学气相沉积室106，使硫102和过渡金属104粉末流至基材110，在加热化学气相沉积室106的同时，在基材110上生长过渡金属二硫属化物层112。具体地，在所示的实例中，过渡金属是钼(Mo)，其被氧化形成三氧化钼(MoO3)，然后与硫结合形成二硫化钼(MoS2)层112。尽管这种常规技术导致在基材110上形成过渡金属二硫属化物层112，但是几乎不能控制层112在基材上生长的位置，并且它仅能够生长一种过渡金属二硫属化物。这对于在两个不同的过渡金属二硫属化物单层之间形成p-n结是特别成问题的，由于不能控制在基材上的生长位置，因此使用硫102和过渡金属104粉末不能使这种结在共同的基材上生长。在两个不同的过渡金属二硫属化物单层之间具有p-n结的装置是所需要的，因为它们可以实现包括电流整流、发光和光子收集的装置功能。代替使用硫102和过渡金属104粉末以在两种不同的过渡金属二硫属化物层之间形成p-n结，已实现了直接的外延生长。然而，该过程不是位置选择性的，因为它允许硫102和过渡金属104在整个基材110上流动并在各处生长。因此，不可能控制过渡金属二硫属化物层112的生长位置。在两种不同的过渡金属二硫属化物单层之间形成p-n结的另一种方式是离子注入，以将一种类型的过渡金属二硫属化物转变为另一种。但是，离子注入会在掺杂过程中产生缺陷，从而降低装置性能。因此，期望在化学气相沉积室中以位置选择性的方式提供生长过渡金属二硫属化物单层，而不产生由常规掺杂过程引起的缺陷。还期望在化学气相沉积室中以位置选择性的方式提供生长两种不同的过渡金属二硫属化物单层，而不产生由常规掺杂过程引起的缺陷。
技术实现思路
根据一个实施方案，存在一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法。在化学气相沉积室中布置具有第一含过渡金属的垫块的基材。在化学气相沉积室中，将含硫属元素的前体布置在基材的上游。加热化学气相沉积室一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块相邻的区域中形成过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。根据另一个实施方案，存在过渡金属二硫属化物生长装置，其包括基材、布置在基材上的含过渡金属的垫块、以及与含过渡金属的垫块相邻的基材区域，所述区域包含过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自含过渡金属的垫块的过渡金属。根据另外的实施方案，存在一种用于形成半导体装置的方法。生长过渡金属二硫属化物层是通过在化学气相沉积室中布置具有第一含过渡金属的垫块的基材；在化学气相沉积室中的基材上游布置含硫属元素的前体；并加热化学气相沉积室一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块相邻的区域中形成过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属。使用互补金属氧化物半导体过程在化学气相沉积室的外部形成半导体装置的其余部分。附图说明包含在说明书中并构成说明书一部分的附图示出了一个或多于一个实施方案，并且与说明书一起解释了这些实施方案。在附图中：图1是用于生长过渡金属二硫属化物层的常规方法的示意图；图2是根据一个实施方案的用于生长过渡金属二硫属化物层的方法的流程图；图3A是根据一个实施方案的用于生长过渡金属二硫属化物层的系统的示意图；图3B是根据一个实施方案的过渡金属二硫属化物生长装置的示意图；图4A和图4B是根据一个实施方案的生长过渡金属二硫属化物层的方法的示意图；图5是根据一个实施方案生长的过渡金属二硫属化物层的拉曼光谱图；图6是根据一个实施方案的生长具有横向异质结的过渡金属二硫属化物层的方法的示意图；图7是根据一个实施方案的生长具有垂直异质结的过渡金属二硫属化物层的方法的示意图；图8A至图8C是根据一个实施方案的生长两个单独的过渡金属二硫属化物层的方法的示意图；图9是根据一个实施方案的生长过渡金属二硫属化物层的方法的流程图；图10是根据一个实施方案的形成半导体装置的方法的流程图；图11是根据一个实施方案形成的半导体装置的示意图；和图12是根据一个实施方案形成的半导体装置的示意图；图13是根据一个实施方案形成的半导体装置的示意图；和图14A和图14B是根据一个实施方案形成的CMOS逆变器的示意图。具体实施方式示例性实施方案的以下描述参考附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。以下详细描述不限制本专利技术。而是，本专利技术的范围由所附权利要求限定。为简单起见，关于过渡金属二硫属化物层生长技术的术语和结构讨论了以下实施方案。整个说明书中对“一个实施方案”或“实施方案”的引用是指结合实施方案描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施方案中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一个实施方案中”或“在实施方案中”不一定指相同的实施方案。此外，在一个或多于一个实施方案中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。现在将结合图2和图3A来描述用于生长过渡金属二硫属化物层的方法。首先，将具有第一含过渡金属的垫块310A和第二含过渡金属的垫块310B的基材305布置在化学气相沉积室315中(步骤205)。在所示的实施方案中，含过渡金属的垫块是氧化的过渡金属垫块。因此，含过渡金属的垫块310A和310B包含过渡金属，并且可以但不必包含其他材料。因此，本文所提及的含过渡金属的垫块包括氧化的过渡金属垫块。接下来，将含硫属元素的前体320布置在化学气相沉积室315中的基材305的上游(步骤210)。在所示的实施方案中，含硫属元素的前体320是布置在石英舟中的硫属元素粉末。因此，含硫属元素的前体320包含硫属元素，并且可以但不必包含其他材料。然后将化学气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法，所述方法包括：/n在化学气相沉积室(315)中布置(205)具有第一含过渡金属的垫块(310)的基材(305)；/n在化学气相沉积室(315)中在基材上游布置(210)含硫属元素的前体(320)；和/n加热(215)化学气相沉积室(315)一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块(310)相邻的区域(325)中形成过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171107 US 62/582,462;20180208 US 62/628,1151.一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法，所述方法包括：
在化学气相沉积室(315)中布置(205)具有第一含过渡金属的垫块(310)的基材(305)；
在化学气相沉积室(315)中在基材上游布置(210)含硫属元素的前体(320)；和
加热(215)化学气相沉积室(315)一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块(310)相邻的区域(325)中形成过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。


2.根据权利要求1所述的方法，其中
基材包含第二含过渡金属的垫块，
第一含过渡金属的垫块包含第一过渡金属，
第二含过渡金属的垫块包含第二过渡金属，和
过渡金属二硫属化物层形成第一过渡金属二硫属化物和第二过渡金属二硫属化物的异质结，所述第一过渡金属二硫属化物包含来自第一含过渡金属的垫块的第一过渡金属且所述第二过渡金属二硫属化物包含来自第二含过渡金属的垫块的第二过渡金属。


3.根据权利要求2所述的方法，其中加热化学气相沉积室导致在第一过渡金属二硫属化物和第二过渡金属二硫属化物之间形成合金区域。


4.根据权利要求2所述的方法，其还包括：
在形成第一过渡金属二硫属化物的第一温度和形成第二过渡金属二硫属化物的第二温度之间调节加热化学气相沉积室。


5.根据权利要求4所述的方法，其还包括：
在化学气相沉积过程中同时生长第一过渡金属二硫属化物和第二过渡金属二硫属化物。


6.根据权利要求1所述的方法，其中
基材包含第二含过渡金属的垫块和第三含过渡金属的垫块，所述第三含过渡金属的垫块布置在第一含过渡金属的垫块和第二含过渡金属的垫块的上游，
第一含过渡金属的垫块包含第一过渡金属，
第二含过渡金属的垫块和第三含过渡金属的垫块包含第二过渡金属，和
过渡金属二硫属化物层包含第一层和第二层，所述第一层具有由第二含过渡金属的垫块和第三含过渡金属的垫块的第二过渡金属形成的第一过渡金属二硫属化物，所述第二层具有由第一含过渡金属的垫块的第一过渡金属形成的第二过渡金属二硫属化物，并且具有第二过渡金属二硫属化物的第二层布置在具有第一过渡金属二硫属化物的第一层的顶部上。


7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：
将化学气相沉积室加热至第一温度以形成第一过渡金属二硫属化物，然后将化学气相沉积室加热至高于第一温度的第二温度以形成第二过渡金属二硫属化物。


8.根据权利要求1所述的方法，其中
基材包括第二含过渡金属的垫块、第三含过渡金属的垫块和第四含过渡金属的垫块，
第一含过渡金属的垫块和第二含过渡金属的垫块包含第一过渡金属并且彼此相邻，
第三含过渡金属的垫块和第四含过渡金属的垫块包含第二过渡金属并且彼此相邻，和
第二含过渡金属的垫块与第三含过渡金属的垫块相邻。


9.根据权利要求8所述的方法，其还包括：
在第一温度下加热化学气相沉积室，以在第一含过渡金属的垫块和第二含过渡金属的垫块之间形成第一过渡金属二硫属化物，和
在高于第一温度的第二温度下加热化学气相沉积室，以在第三含过渡金属的垫块和第四含过渡金属的垫块之间形成第二过渡金属二硫属化物。


10.根据权利要求9所述的方法，其中在第二含过渡金属的垫块和第三含过渡金属的垫块之间形成过渡金属二硫属...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱铭晖，汤皓玲，李连忠，
申请(专利权)人：阿卜杜拉国王科技大学，
类型：发明
国别省市：沙特阿拉伯;SA