CN111542641B - 用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、生长装置以及用于形成半导体装置的方法 - Google Patents

用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、生长装置以及用于形成半导体装置的方法 Download PDF

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Abstract

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。

Description

用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、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。
背景技术
技术领域
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。
背景技术讨论
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。
发明内容
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发明。而是，本发明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。然后将化学气相沉积室315加热一段时间，在此期间，在第一含过渡金属的垫块310A与第二含过渡金属的垫块310B之间的区域 325中形成过渡金属二硫属化物层(步骤215)。加热可以包括将含硫属元素的前体320加热至例如250℃，并且将基材305加热至例如900℃。可以使用第二加热器来实现加热含硫属元素的前体320。应该注意的是，在生长过渡金属二硫属化物层之后，第一含过渡金属的垫块310A和第二含过渡金属的垫块310B不再导电，因为所有含过渡金属的垫块都被转移到厚的过渡金属二硫属化物垫块中。
因此，应当理解，预图案化的含过渡金属的垫块310A和310B在局部区域中提供过渡金属源，并且含过渡金属的垫块310A和310B的边缘充当过渡金属二硫属化物层的种子，并因此允许过渡金属二硫属化物层的位置选择性生长。还应理解，含过渡金属的垫块310A和310B的过渡金属与在过渡金属垫块310A和310B之间的区域325中生长的过渡金属二硫属化物层的过渡金属是相同的过渡金属。
在一个实施方案中，过渡金属可以是钼(Mo)和/或钨(W)，硫属元素可以是硒(Se)和/或硫(S)。但是，可以使用其他过渡金属和硫属元素。
尽管图3A示出了具有两个含过渡金属的垫块310A和310B的基材 305，但是也可以采用具有单个含过渡金属的垫块310的基材305，其实例由图3B中的过渡金属二硫属化物生长装置的示意图示出。如图所示，提供了与含过渡金属的垫块310相邻的区域325，以用于生长过渡金属二硫属化物层。在所示的实施方案中，过渡金属是钨(W)，其氧化形式为钨氧化物 (WOx)。钨氧化物与硫属元素反应，在该实施方案中为与硒反应，从而在基材305的区域325中形成硒化钨(WSe2)层。
在图4A和图4B中示出了用于形成过渡金属二硫属化物层的反应的实例。如图4A所示，第一含过渡金属的垫块410A和第二含过渡金属的垫块 410B的过渡金属是钨。用氧气(O2)氧化第一含过渡金属的垫块410A形成钨氧化物(WOx)，其与硒反应以在基材405上第一含过渡金属的垫块410A和第二含过渡金属的垫块410B之间的区域425中形成二硒化钨(WSe2)。来自第一含过渡金属的垫块410A和第二含过渡金属的垫块410B的钨氧化物的局部蒸气浓度主导生长位置，因此三角形的二硒化钨单层的生长从第一含过渡金属的垫块410A和第二含过渡金属的垫块410B的边缘开始，并且包含在第一含过渡金属的垫块410A和第二含过渡金属的垫块410B之间。因此，含过渡金属的垫块410A和410B的使用允许过渡金属二硫属化物单层 430的位置选择性生长。
如图4B所示，在加热一段时间之后，从第一含过渡金属的垫块410A 和第二含过渡金属的垫块410B生长的单层晶体在第一含过渡金属的垫块 410A和第二含过渡金属的垫块410B之间合并为过渡金属二硫属化物单层 430的膜。
图5是由四个不同的过渡金属二硫属化物单层获得的拉曼光谱的图，所述过渡金属二硫属化物单层使用公开的方法形成，其中钼和钨为过渡金属，硒和硫为硫属元素。如图5所示，拉曼光谱显示了MoS2在384cm-1(E′) 和404cm-1(A′1)处的特征峰，WS2在354cm-1(E1 2g)和417cm-1(A1g)处的特征峰， MoSe2在240cm-1(变性的E2g和A1g)处的特征峰和WSe2在250cm-1(变性的 E′和A′1)处的特征峰，这证实它们都是单层的。
除了形成具有单一过渡金属的过渡金属二硫属化物层之外，公开的方法还可用于形成过渡金属二硫属化物的横向异质结和垂直异质结，其分别在图6和图7中示出。
图6所示的过渡金属二硫属化物的横向异质结特别适合用作例如发光二极管(LED)的一部分。如图6所示，第一含过渡金属的垫块610A包含第一过渡金属，并且第二含过渡金属的垫块610B包含第二过渡金属。因此，在将含硫属元素的前体布置在上游的同时，通过提高化学气相沉积室的温度来生长过渡金属二硫属化物单层的横向异质结，从而使异质结的第一部分630A在第一过渡金属二硫属化物上生长，且异质结的第二部分630B在第二过渡金属二硫属化物上生长。
图7所示的过渡金属二硫属化物的垂直异质结特别适合用作例如太阳能电池的一部分。如图7所示，过渡金属二硫属化物生长装置包括三个含过渡金属的垫块，包含第一过渡金属的第一含过渡金属的垫块710A，以及包含第二过渡金属的第二含过渡金属的垫块710B和第三含过渡金属的垫块710C。因此，通过将化学气相沉积室的温度升高至第一温度，同时在上游布置含硫属元素的前体来生长两个过渡金属二硫属化物单层的垂直异质结，这导致第一过渡金属二硫属化物730A单层的生长，然后升高温度以在第一过渡金属二硫属化物单层730A的顶部上生长第二过渡金属二硫属化物单层730B。
公开的方法也可以用于形成两个分开的过渡金属二硫属化物层，一个是p型单层，另一个是n型单层，这对于形成例如逆变器特别有用。在图 8A至图8C中示出了这一实例。在该实施方案中，过渡金属二硫属化物生长装置800包括四个含过渡金属的垫块，包含第一过渡金属的含过渡金属的垫块810A和810B，以及包含第二过渡金属的含过渡金属的垫块810C和 810D。因此，当将过渡金属二硫属化物生长装置800放置在气相沉积室中，其中含硫属元素的前体位于上游，并经受加热时，第一过渡金属二硫属化物单层830A在第一含过渡金属的垫块810A和第二含过渡金属的垫块810B 之间生长，第二过渡金属二硫属化物单层830B在第三含过渡金属的垫块 810C和第四含过渡金属的垫块810D之间生长。如图8B所示，具有两种过渡金属的另一个单层830C在第二含过渡金属的垫块810B和第三含过渡金属的垫块810C之间形成。因此，通过除去在第二含过渡金属的垫块810A 与第三含过渡金属的垫块810C之间的单层830C，来隔开第一过渡金属二硫属化物单层830A和第二过渡金属二硫属化物单层830B，从而得到图8C 所示的装置。
现在将结合图3和图9描述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其他细节。首先，将过渡金属或含过渡金属的材料沉积在基材305上(步骤905)。在一个实施方案中，在例如蓝宝石基材上沉积50nm 的过渡金属。然而，应当认识到，可以采用其他厚度的过渡金属来形成过渡金属垫块，并且可以采用其他类型的基材(例如，二氧化硅、氮化硅和铪氧化物)。因此，公开的生长技术对基材不敏感。预沉积的垫块不限于过渡金属。所有含过渡金属的材料均适用，例如过渡金属氧化物、过渡金属氯化物等。
然后将沉积的过渡金属或含过渡金属的材料图案化以形成第一过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块310A和第二过渡金属垫块或第二含过渡金属的垫块310B(步骤910)。图案化可以使用例如光刻法来实现。第一过渡金属垫块310A和第二过渡金属垫块310B被氧化(步骤915)。氧化可发生在气相沉积室315的外部，或者可通过将氧气进料至室315中同时将温度升高至引起氧化的温度而发生在气相沉积室中。如果在化学气相沉积室315 中进行第一过渡金属垫块310A和第二过渡金属垫块310B的氧化，则可以省略步骤915。如果第一垫块310A和第二垫块310B是含过渡金属的垫块例如过渡金属氧化物垫块、过渡金属氯化物垫块等，则可以省略步骤915。
然后将具有第一氧化的过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块310A 和第二氧化的过渡金属垫块或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920)。将含硫属元素的前体320布置在化学气相沉积室315中具有第一氧化的过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块 310A和第二氧化的过渡金属垫块或第二含过渡金属的垫块310B的基材 305的上游(步骤925)。或者，可以将含硫属元素的前体320布置在化学气相沉积室315中，然后可以将具有第一氧化的过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块310A和第二氧化的过渡金属垫块或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中含硫属元素的前体320的下游。
然后吹扫化学气相沉积室315并向其供应非反应性气体(步骤930)。这可以例如通过将化学气相沉积室315的压力降低至0.1毫托来实现。吹扫可以进行例如五分钟。然后将化学气相沉积室中的压力增加至8托，所供应的气体可以是例如65sccm氩气和5sccm氢气的恒定流量。
将温度调节至用于生长过渡金属二硫属化物层所需的温度(步骤935)。假设第一氧化的过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块310A和第二氧化的过渡金属垫块或第二含过渡金属的垫块310B包含相同的过渡金属，则该调节是调节至第一预定温度。温度调节可以涉及例如25℃/分钟的升温速率，并且生长时间可以为例如15分钟至1小时。
如果第一氧化的过渡金属垫块或第一含过渡金属的垫块和第二氧化的过渡金属垫块或第二含过渡金属的垫块包含不同的过渡金属，例如图6中所示的生长装置，则该加热可以涉及对温度进行调节以在一步化学气相沉积过程中同时生长异质结。在其中两种不同的过渡金属是钼和钨的实施方案中，这可以涉及在800℃至900℃之间进行调节。例如，假设硫属元素是硒，则从第一含过渡金属的垫块610A的边缘生长二硒化钼(MoSe2)单层，从第二含过渡金属的垫块610B的边缘生长二硒化钨(WSe2)单层。二硒化钼和二硒化钨单层的生长在两个单层之间形成WxMo1-xSe2的合金区域。在一个实施方案中，合金区域在第一含过渡金属的垫块610A和第二含过渡金属的垫块610B之间占据例如100μm通道的40μm。
如果使用(例如)图7所示的生长装置在两种过渡金属二硫属化物单层之间形成垂直异质结，则该加热可涉及加热至第一温度以生长第一单层，然后在更高的第二温度下加热以生长第二单层。在其中两种过渡金属是钼和钨的实施方案中，第一温度可以为约700℃至750℃，在该温度下钨氧化物不蒸发以形成二硫属元素化钼单层，并且第二温度可以为约800℃至 900℃以形成二硫属元素化钨单层。
形成单层后，使室冷却至室温，在此期间完成层的生长(步骤940)。
过渡金属二硫属化物单层在半导体装置中特别有用。现在将结合图3 和图10描述形成具有过渡金属二硫属化物单层的半导体装置的方法。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的基材布置在化学气相沉积室315中(步骤1005)。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1010)。然后将化学气相沉积室315加热一段时间，在此期间，在第一含过渡金属的垫块310A与第二含过渡金属的垫块310B之间的区域325中形成过渡金属二硫属化物层(步骤1015)。然后使用互补金属氧化物半导体(CMOS)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(步骤1020)。本领域技术人员将认识到CMOS过程是众所周知的，因此不再详细描述这种过程。
图11是根据公开的方法形成的半导体装置的示意图。半导体装置1100 是具有包含单一过渡金属的单一过渡金属二硫属化物层的晶体管。晶体管 1100包括基材1105，在该基材1105的顶部上形成第一含过渡金属的垫块 1110A和第二含过渡金属的垫块1110B。在第一含过渡金属的垫块1110A 和第二含过渡金属的垫块1110B之间形成过渡金属二硫属化物层1130。在第一含过渡金属的垫块1110A和过渡金属二硫属化物层1130的顶部上形成第一金属电极1140A。在第二含过渡金属的垫块1110B和过渡金属二硫属化物层1130的顶部上形成第二金属电极1140B。在第一金属电极1140A和第二金属电极1140B的顶部上形成介电层1145，并且在介电层1145的顶部上形成第三金属电极1140C。
图12是根据公开的方法形成的另一种半导体装置的示意图。半导体装置1200是具有包含两种不同的过渡金属的横向异质结过渡金属二硫属化物层的发光二极管。发光二极管1200包括基材1205，在该基材1205的顶部上形成第一含过渡金属的垫块1210A和第二含过渡金属的垫块1210B。在第一含过渡金属的垫块1210A和第二含过渡金属的垫块1210B之间形成包含第一过渡金属二硫属化物1230A和第二过渡金属二硫属化物1230B的过渡金属二硫属化物层。在第一含过渡金属的垫块1210A和第一过渡金属二硫属化物1230A的顶部上形成第一金属电极1240A。在第二含过渡金属的垫块1210B和过渡金属二硫属化物1230B的顶部上形成第二金属电极 1240B。在一个实施方案中，第一过渡金属二硫属化物1230A可以是呈现p 型掺杂特性的硒化钨(WSe2)，第二过渡金属二硫属化物1230B可以是呈现n 型掺杂特性的硒化钼(MoSe2)。
图13是根据公开的方法形成的另一种半导体装置的示意图。半导体装置1300是具有垂直异质结过渡金属二硫属化物层的太阳能电池，其中每个层包含不同的过渡金属。太阳能电池1300包括基材1305，在该基材1305 的顶部上形成第一含过渡金属的垫块1310A和第二含过渡金属的垫块 1310B。在第一含过渡金属的垫块1310A和第二含过渡金属的垫块1310B 之间的基材1305的顶部上形成包含第一过渡金属二硫属化物的第一过渡金属二硫属化物层1330A。在第一含过渡金属的垫块1310A和第二含过渡金属的垫块1310B之间的第一过渡金属二硫属化物层1330A的顶部上形成包含第二过渡金属二硫属化物的第二过渡金属二硫属化物层1330B。在第一含过渡金属的垫块1310A和第二过渡金属二硫属化物层1330B的顶部上形成第一金属电极1340A。在第二含过渡金属的垫块1310B和第二过渡金属二硫属化物层1330B的顶部上形成第二金属电极1340B。
图14A和图14B是根据公开的方法形成的另一种半导体装置的示意图。半导体装置1400是具有两个单独的过渡金属二硫属化物层的逆变器，其中每个层包含不同的过渡金属。逆变器1400包括基材1405，在该基材 1405的顶部上形成的第一含过渡金属的垫块1410A、第二含过渡金属的垫块1410B、第三含过渡金属的垫块1410C和第四含过渡金属的垫块1410D。在第一含过渡金属的垫块1410A和第二含过渡金属的垫块1410B之间的基材1405的顶部上形成包含第一过渡金属二硫属化物的第一过渡金属二硫属化物层1430A。在第三含过渡金属的垫块1410C和第四含过渡金属的垫块 1410D之间的基材1405的顶部上形成包含第二过渡金属二硫属化物的第二过渡金属二硫属化物层1430B。
在第一含过渡金属的垫块1410A和第一过渡金属二硫属化物层1430A 的顶部上形成第一金属电极1440A。第一金属电极1440A用于连接至电源电压Vdd。在第二含过渡金属的垫块1410B、第一过渡金属二硫属化物层 1430A、第三含过渡金属的垫块1410C和第二过渡金属二硫属化物层1430B 的顶部上形成第二金属电极1440B。第二金属电极1440B提供逆变器1400 的输出V输出。在第四含过渡金属的垫块1410D和第二过渡金属二硫属化物层1430B的顶部上形成第三金属电极1440C。第三金属电极1440A用于接地。
电介质层1445(即，栅极电介质)布置在第一电极1440A、第二电极1440B之间和第三电极1440C与第五电极1440D之间。在一个实施方案中，介电层1445例如由二氧化铪(HfO2)形成。第五电极1440D用于连接至输入电压V输入。
逆变器1400的形成可以是通过取具有含过渡金属的垫块1410A至 1410D以及第一过渡金属二硫属化物层1430A和第二过渡金属二硫属化物层1430B的基材1405，并通过在200W电感耦合等离子体(ICP)和50W射频(RF)以及20sccm的O2和5sccm的Ar下操作的远程离子蚀刻(RIE)过程隔离基材。电极1440A可以包含例如20nm的Pd/30nm的Au，并且电极1440C可以包含例如20nm的Ni/30nm的Au。可以通过电子束蒸发和剥离过程来沉积电极1440A和1440B。可以例如通过原子层沉积过程在第一过渡金属二硫属化物层1430A和第二过渡金属二硫属化物层1430B上形成介电层 1445。
从上面的讨论中将认识到，公开的方法允许过渡金属二硫属化物层的位置选择性生长。此外，公开的方法允许在一步化学气相沉积过程中同时生长两种不同的过渡金属二硫属化物。另外，公开的方法提供了一种新的方法来控制不同前体的递送顺序，以形成过渡金属二硫属化物层。
公开的实施方案提供了一种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层生长装置以及用于形成半导体装置的方法。应当理解，该描述并不旨在限制本发明。相反，示例性的实施方案旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代方案、修改和等同方案。此外，在示例性的实施方案的详细描述中，陈述了许多具体细节以提供对所要求保护的发明的全面理解。然而，本领域技术人员将理解，可以在没有这样的具体细节的情况下实践各种实施方案。
尽管在实施方案中以特定组合描述了本示例性实施方案的特征和元件，但是每个特征或元件可以在没有实施方案的其他特征和元件的情况下单独使用，或以具有或不具有本文公开的其他特征和元件的各种组合来使用。
本书面描述使用了公开主题的实例，以使本领域技术人员能够实践该主题，包括制造和使用任何装置或系统以及进行任何合并的方法。主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实例。这样的其他实例在权利要求的范围内。

Claims (13)

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：
在化学气相沉积室(315)中布置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)，其中所述第一含过渡金属的垫块(310A)和所述第二含过渡金属的垫块(310B)是氧化的过渡金属垫块，其包含的过渡金属是钼或钨；
在化学气相沉积室(315)中在基材上游布置含硫属元素的前体(320)；和
加热化学气相沉积室(315)一段时间，在此期间，在第一含过渡金属的垫块(310A)与第二含过渡金属的垫块(310B)之间的区域(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，其中
a)第一含过渡金属的垫块(310A)包含第一过渡金属，
第二含过渡金属的垫块(310B)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；或
b)基材包括第三含过渡金属的垫块，其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；或
c)基材包括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在基材上彼此相邻，和
第二含过渡金属的垫块与第三含过渡金属的垫块在基材上相邻。
2.根据权利要求1所述的方法，其中第一含过渡金属的垫块和第二含过渡金属的垫块中的一个包含钼并且第一含过渡金属的垫块和第二含过渡金属的垫块中的另一个包含钨，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包含钼和钨合金的合金区域。
3.根据权利要求1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。
4.根据权利要求3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。
5.根据权利要求1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。
6.根据权利要求1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。
7.根据权利要求6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化物，所述方法还包括：
除去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的过渡金属二硫属化物。
8.根据权利要求1所述的方法，其中在将基材布置在化学气相沉积室之前氧化第一含过渡金属的垫块，或
在将具有第一过渡金属垫块的基材布置在化学气相沉积室中之后但在加热化学气相沉积室以形成过渡金属二硫属化物层的一段时间之前氧化第一含过渡金属的垫块。
9.一种过渡金属二硫属化物生长装置，其包括：
基材(305)；
布置在基材(305)上的含过渡金属的垫块(310A)和附加的含过渡金属的垫块(310B)，其中含过渡金属的垫块(310A)和附加的含过渡金属的垫块(310B)是氧化的过渡金属垫块，其包含的过渡金属是钼或钨；和
在含过渡金属的垫块(310A)和附加的含过渡金属的垫块(310B)之间的基材(305)区域(325)，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(310A)和附加的含过渡金属的垫块(310B)的过渡金属，其中
a)含过渡金属的垫块和附加的含过渡金属的垫块包含第一过渡金属；或
b)含过渡金属的垫块包含第一过渡金属，并且附加的含过渡金属的垫块包含第二过渡金属，其中过渡金属二硫属化物层是异质结；或
c)所述过渡金属二硫属化物生长装置还包括
第三含过渡金属的垫块，其布置在基材上，与附加的含过渡金属的垫块相邻；和
第四含过渡金属的垫块，其布置在基材上，与第三含过渡金属的垫块相邻，
其中含过渡金属的垫块和附加的含过渡金属的垫块包含第一过渡金属，并且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。
10.一种用于形成半导体装置的方法，所述方法包括：
通过以下步骤生长过渡金属二硫属化物层
在化学气相沉积室(315)中布置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)，其中所述第一含过渡金属的垫块(310A)和所述第二含过渡金属的垫块(310B)是氧化的过渡金属垫块，其包含的过渡金属是钼或钨；
在化学气相沉积室(315)中在基材(305)上游布置含硫属元素的前体(320)；和
加热化学气相沉积室(315)一段时间，在此期间，在第一含过渡金属的垫块(310A)与第二含过渡金属的垫块(310B)之间的区域(325)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，其中
a)第一含过渡金属的垫块(310A)包含第一过渡金属，
第二含过渡金属的垫块(310B)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；或
b)基材包含第三含过渡金属的垫块，其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；或
c)基材包括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在基材上彼此相邻，和
第二含过渡金属的垫块与第三含过渡金属的垫块在基材上相邻；
使用互补金属氧化物半导体过程在化学气相沉积室(315)的外部形成半导体装置的其余部分。
11.根据权利要求10所述的方法，其还包括：
将化学气相沉积室在第一温度下加热以形成第一过渡金属二硫属化物，然后将化学气相沉积室在高于第一温度的第二温度下加热以形成第二过渡金属二硫属化物，
其中过渡金属二硫属化物包含第一层和在第一层顶部上的第二层，所述第一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一过渡金属二硫属化物，所述第二层具有由第二含过渡金属的垫块的第二过渡金属形成的第二过渡金属二硫属化物。
12.根据权利要求10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。
13.根据权利要求12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。
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