过渡金属二硫属化物薄膜的原子层沉积和蚀刻制造技术

提供了用于沉积诸如铼硫化物薄膜的过渡金属二硫属化物(TMDC)膜的气相沉积方法。在一些实施例中，使用沉积循环沉积TMDC薄膜，其中反应空间中的衬底与气相过渡金属前驱体(诸如过渡金属卤化物)、包括还原剂的反应物(诸如NH3)和硫属化物前驱体交替地并按顺序地接触。在一些实施例中，使用气相铼卤化物前驱体、还原剂和硫前驱体来沉积铼硫化物薄膜。可以通过化学气相蚀刻来蚀刻沉积的TMDC膜，学气相蚀刻使用诸如O2的氧化剂作为蚀刻反应物和诸如N2的惰性气体以移除过量蚀刻反应物。TMDC薄膜可以找到例如作为2D材料的用途。以找到例如作为2D材料的用途。以找到例如作为2D材料的用途。

【技术实现步骤摘要】
过渡金属二硫属化物薄膜的原子层沉积和蚀刻


[0001]本申请总体上涉及一种用于形成过渡金属二硫属化物膜(诸如铼硫化物膜)的原子层沉积方法和一种用于蚀刻这样的膜的化学气相蚀刻方法。

技术介绍

[0002]过渡金属二硫属化物(TMDC)膜(诸如铼硫化物薄膜)在广泛的不同应用中找到用途。例如，铼二硫化物已经展现相似于2D材料的行为，即使在3D块状形式下。因此，这样的膜可以在低摩擦应用、瞄准光子学(targeting photonics)、光催化、水裂解、锂离子或锂硫电池、太阳能电池应用和量子计算以及超快速数据处理中找到应用。

技术实现思路

[0003]过渡金属二硫属化物(TMDC)膜可以通过气相沉积工艺(诸如原子层沉积(ALD)或脉冲化学气相沉积(CVD)工艺)来沉积。过渡金属二硫属化物膜可以通过包括多个沉积循环的方法沉积，在所述多个沉积循环中，衬底与包括过渡金属前驱体的第一反应物(诸如过渡金属卤化物)、包括还原剂的第二反应物(诸如NH3或硅烷或硼烷化合物)和包括硫属化物前驱体的第三反应物交替地接触。在一些实施例中，硫属化物前驱体包括硫、硒或碲。在一些实施例中，TMDC具有分子式MX2，其中M是过渡金属且X是S、Te或Se。在一些实施例中，M是Mo、W、Re、Nb、Ni或V。在一些实施例中，M是Mo、W或Re。在一些实施例中，沉积过渡金属硫化物。在一些实施例中，TMDC膜包括ReS2、TaS2、ZrS2、HfS2或SnS2。在一些实施例中，TMDC膜包括ReTe2、TaTe2、ZrTe2、HfTe2或SnTe2。在一些实施例中，TMDC膜包括ReSe2、TaSe2、ZrSe2、HfSe2或SnSe2。
[0004]在一些实施例中，方法是原子层沉积方法，其中衬底与包括气相过渡金属前驱体的第一反应物、第二反应物和包括硫属化物前驱体的第三反应物交替地并按顺序地接触。过量前驱体或反应物可以在接触步骤之间连同任何反应副产物被从反应空间移除。在一些实施例中，进行两个或更多个顺序沉积循环，直到期望厚度的TMDC薄膜已经沉积在衬底上。
[0005]在一些实施例中，在约200至约500℃的沉积温度下进行TMDC沉积循环。在一些实施例中，在约400℃的沉积温度下进行沉积循环。
[0006]在一些实施例中，TMDC薄膜是二维材料。
[0007]在一些实施例中，TMDC膜找到例如以下的应用：作为2D材料，作为逻辑装置中的沟道材料，作为栅极堆叠中的功函数金属，作为金属帽层(例如铜、钴或钨帽层)，或作为3D
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结构的接触金属层或作为填充层，诸如通孔、沟道或其他结构。在一些实施例中，TMDC薄膜用于诸如MEMS中的低摩擦层、瞄准光子学、光催化、水裂解，或锂离子或锂硫电池的应用中。
[0008]在一些实施例中，铼硫化物(ReS2)膜可以通过气相沉积工艺沉积，诸如原子层沉积(ALD)或顺序或脉冲化学气相沉积(CVD)工艺。在一些实施例中，沉积包括ReS2的薄膜。铼硫化物薄膜可以通过循环气相沉积工艺沉积，例如使用铼卤化物前驱体。铼硫化物薄膜可以例如在以下找到应用：作为2D材料，作为逻辑装置中的沟道材料，作为栅极堆叠中的功函
数金属，作为金属帽层(例如铜、钴或钨帽层)，或作为3D
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结构的接触金属层或作为填充层，诸如通孔、沟道或其他结构。在一些实施例中，铼硫化物薄膜用于诸如瞄准光子学、光催化、水裂解，或锂离子或锂硫电池的应用中。
[0009]根据一方面，提供了用于在衬底上沉积铼硫化物薄膜的方法。该方法可以包括一个或多个沉积循环，其各自包括使反应空间中的衬底与包括气相铼前驱体的第一反应物(诸如铼卤化物)、包括还原剂的第二气相反应物和包括硫前驱体的第三气相反应物(诸如H2S)接触。在一些实施例中，还原剂包括含氮化合物，诸如NH3。在一些实施例中，还原剂是硅烷或硼烷化合物。在一些实施例中，按顺序进行两个或更多个沉积循环。在一些实施例中，方法可以是原子层沉积或脉冲或顺序化学气相沉积方法。
[0010]在一些实施例中，当使衬底与气相铼前驱体接触时，衬底不与任何其他金属、半金属或类金属(metalloid)前驱体接触。
[0011]在一些实施例中，衬底与包括单一铼化合物的铼前驱体接触，并且衬底不同时地与任何其他化合物接触，包括金属、半金属或金属元素。
[0012]在一些实施例中，衬底与不是混合物的铼前驱体接触，并且衬底不同时地与任何其他反应物接触，包括金属、半金属或金属元素。
[0013]在一些实施例中，铼前驱体是铼卤化物，诸如ReCl5或ReF6。在一些实施例中，第二反应物包括还原剂。在一些实施例中，还原剂包括氮，并且可以包括例如NH3、N2、N2H4、氮等离子体、激发态氮类物质、氮自由基、原子氮或联胺类物质。在一些实施例中，第二反应物可以包括氢类物质，诸如氢等离子体、激发态氢类物质，氢自由基或原子氢。在一些实施例中，第三反应物包括硫，例如H2S。在一些实施例中，硫前驱体是烷基硫化合物。在一些实施例中，第三反应物包括一个或多个单质硫、H2S、(CH3)2S、(NH4)2S、((CH3)2SO)，和H2S2。在一些实施例中，铼前驱体包括ReCl5，第二反应物包括NH3，并且硫前驱体包括H2S。在一些实施例中，铼前驱体是ReCl5，第二反应物是NH3，并且硫前驱体是H2S。
[0014]在一些实施例中，在约200至约500℃的沉积温度下进行沉积循环。在一些实施例中，在约400℃的沉积温度下进行沉积循环。
[0015]在一些实施例中，方法是原子层沉积方法，其中衬底与第一气相铼前驱体、第二反应物和第三反应物交替地并按顺序地接触。过量前驱体或反应物可以在接触步骤之间连同任何反应副产物被从反应空间移除。在一些实施例中，进行两个或更多个顺序沉积循环，直到期望厚度的铼硫化物薄膜已经沉积在衬底上。
[0016]在一些实施例中，铼硫化物薄膜是二维材料。
[0017]在一些实施例中，铼硫化物薄膜的厚度小于约10nm，或甚至小于约5nm。
[0018]在一些实施例中，按顺序重复沉积循环以形成20个ReS2的分子层或更少，或10个ReS2的分子层或更少。在一些实施例中，沉积小于约3个ReS2的分子层。
[0019]在一些实施例中，用于在反应腔中沉积包括衬底上的ReS2的薄膜的循环气相沉积方法包括多个沉积循环。每个循环可以包括使反应空间中的衬底与包括铼卤化物的第一气相反应物、包括还原剂的第二气相反应物(诸如NH3)和包括硫的第三气相反应物交替地并按顺序地接触。在一些实施例中，第一气相反应物包括ReCl5，第二气相反应物包括NH3，并且第三气相反应物包括H2S。过量气相反应物可以在使衬底与一种气相反应物接触之后且在使衬底与下一种气相反应物接触之前被从反应腔移除。
[0020]在另一方面中，提供了TMDC薄膜的化学气相蚀刻的方法。在一些实施例中，方法包括多个蚀刻循环，其中每个蚀刻循环包括使衬底上的TMDC薄膜与包括氧的第一蚀刻反应物接触，以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于在衬底上沉积薄膜的方法，所述薄膜包括过渡金属二硫属化物，所述方法包括两个或更多个顺序沉积循环，所述两个或更多个顺序沉积循环各自包括使所述衬底与包括过渡金属前驱体的气相第一反应物、包括还原剂的气相第二反应物和包括硫属化物前驱体的气相第三反应物接触。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属二硫属化物包括Mo、W、Re、Ta、Zr、Hf、Sn、Nb、Ni或V。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属二硫属化物包括ReS2、TaS2、ZrS2、HfS2、SnS
2 ReTe2、TaTe2、ZrTe2、HfTe2、SnTe
2 ReSe2、TaSe2、ZrSe2、HfSe2或SnSe2。4.根据权利要求1所述的方法，其中所述气相第一反应物包括Mo、W、Re、Ta、Zr、Hf、Sn、Nb、Ni和V中的一者或多者。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述气相第一反应物包括过渡金属卤化物。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述硫属化物前驱体包括硫。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述硫属化物前驱体包括H2S、H2S2、H2Se、H2Se2、H2Te、H2Te2、(NH4)2S、(CH3)2Se、(CH3)2Te，或者单质或原子Se、Te或S。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二反应物包括NH3、N2、N2H4、氮等离子体、激发态氮类物质、氮自由基、原子氮、硅烷、硼烷或联胺类物质中的一种或多种。9.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属前驱体是铼卤化物。10.根据权利要求1所述的方法，其中所述第二反应物包括NH3。11.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三反应物包括一个或多个H
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S键。12.根据权利要求1所述的方法，其中所述第三反应物包括H2S。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述薄膜包括ReS2。14.根据权利要求1所述的方法，其中所述过渡金属二...

【专利技术属性】
技术研发人员：M里塔拉，J哈马雷宁，M莱斯卡拉，
申请(专利权)人：ASMIP私人控股有限公司，
类型：发明
国别省市：