DE102013104608A1 - Kohlenstoffschicht und Verfahren zur Herstellung - Google Patents

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Abstract

Es wird ein System und Verfahren zu Herstellung einer Kohlenstoffschicht angegeben. Eine Ausführung umfasst das Ablagern einer ersten Metallschicht auf einem Substrat, wobei das Substrat Kohlenstoff aufweist. Ein Silizid wird epitaktisch auf dem Substrat aufgezogen, wobei das epitaktische Aufziehen des Silizids auch eine Schicht aus Kohlenstoff auf dem Silizid ausbildet. In einer Ausführung besteht die Kohlenstoffschicht aus Graphen und kann auf ein Halbleitersubstrat zur weiteren Verarbeitung übertragen werden, um einen Kanal in dem Graphen auszubilden.

Description

  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen können integrierte Schaltkreise aus einer Vielzahl von aktiven und passiven Vorrichtungen auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet werden. Diese aktiven und passiven Vorrichtungen können beispielsweise Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Drosseln oder Ähnliches umfassen. Zusätzlich können die integrierten Schaltkreise auch eine Mehrzahl von verzahnten leitenden Schichten und Isolierschichten aufweisen, um die verschiedenen aktiven und passiven Vorrichtungen in die angestrebten funktionalen Schaltkreise zu verbinden. Diese funktionalen Schaltkreise können zu externen Vorrichtungen beispielsweise mittels Kontaktstellen oder anderen Arten von Verbindungen verbunden werden, um Leistungs-, Erdungs- und Signalverbindungen zu den verschiedenen aktiven und passiven Vorrichtungen bereitzustellen.
  • Im Rennen um die weitere Verkleinerung der integrierten Schaltkreise und insbesondere um die aktiven und passiven Vorrichtungen in den integrierten Schaltkreisen weiter zu verkleinern, sind jedoch Probleme mit den verschiedenen Materialien aufgetaucht, die früher verwendet wurden, um die aktiven und passiven Vorrichtungen auszubilden. Als solche wurden neue Materialien als mögliche Ersatzmaterialien für verschiedene Aspekte der aktiven und passiven Vorrichtungen erforscht, im Bemühen, die aktiven und passiven Vorrichtungen nicht nur kleiner sondern auch effizienter zu machen.
  • Obwohl es Materialien geben kann, die Vorteile bieten, wenn sie in verschiedenen Aspekten der aktiven und passiven Vorrichtungen verwendet werden, kann leider das Problem auftauchen, dass die Materialien nicht leicht in die Herstellungsverfahren einbezogen werden können, die verwendet werden können, um den integrierten Schaltkreis für die Nutzung durch die Öffentlichkeit in großen Mengen herzustellen. Als solche können solche Materialien ohne die Möglichkeit, die Materialien in großen Mengen herzustellen und sie in einen Verfahrensablauf zu Herstellung in großen Mengen zu integrieren, nur wenig nützlich sein. Insofern wäre es vorteilhaft, ein nützliches Material zu finden, das auch leicht skalierbar ist, so dass das Material in großen Mengen hergestellt werden kann und in Verfahrensabläufe der Herstellung von integrierten Schaltkreisen in großen Mengen einbezogen werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ABBILDUNGEN
  • Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgenden Beschreibungen zusammen mit den beigefügten Abbildungen Bezug genommen, bei denen:
  • eine erste Metallschicht über einem Substrat darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • eine Ausbildung einer Kohlenstoffschicht und einer Silizidschicht darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • ein Aushärteverfahren darstellt, das auf die Kohlenstoffschicht angewandt werden kann, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • eine Anordnung einer Transferschicht auf der Kohlenstoffschicht darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • eine Entfernung der Kohlenstoffschicht von dem Substrat und der Silizidschicht darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • eine Anordnung der Kohlenstoffschicht auf ein Halbleitersubstrat darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform;
  • eine Entfernung der Transferschicht von der Kohlenstoffschicht darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform; und
  • ein Ausbilden eines Transistors unter Verwendung eines Teiles der Kohlenstoffschicht als einem Kanal darstellt, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform.
  • Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Abbildungen beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Teile, außer es wird anders angezeigt. Die Abbildungen sind so gezeichnet, dass sie die relevanten Aspekte der Ausführungsformen klar darstellen, und sind nicht notwendigerweise im Maßstab gezeichnet.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON ERLÄUTERNDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Das Herstellen und die Verwendung der vorliegenden Ausführungsformen werden unten detailliert behandelt. Man beachte jedoch, dass die vorliegende Offenlegung viele anwendbare erfinderische Konzepte bereitstellt, die in einer großen Vielzahl von speziellen Kontexten angewandt werden können. Die speziellen behandelten Ausführungsformen dienen nur zur Erläuterung für spezielle Arten, den offengelegten Gegenstand herzustellen und zu verwenden, und schränken den Schutzumfang der verschiedenen Ausführungsformen nicht ein.
  • Ausführungsformen werden mit Bezug auf einen speziellen Kontext beschrieben, d. h. es wird eine Graphenschicht aus einem Kohlenstoff enthaltenden Substrat ausgebildet. Andere Ausführungsformen können jedoch auch auf andere Verfahren zum Ausbilden von Graphen angewandt werden.
  • Bezieht man sich jetzt auf die , so wird ein erstes Substrat 101 und eine erste Metallschicht 103 gezeigt. Das erste Substrat 101 kann aus einem Kohlenstoff umfassenden Halbleitermaterial bestehen, wie etwa Siliziumkohlenstoff (SiC), Silizium-Germanium-Kohlenstoff (SiGeC), Kombinationen daraus oder Ähnlichem, obwohl jedes geeignete Material, das ein Silizid, Germanid (eine Metall-Germanium-Verbindung), Germanosilizid (eine Metall-Silizium-Germanium-Verbindung) oder Ähnliches ausbildet und Kohlenstoff enthält, alternativ verwendet werden kann. Das erste Substrat kann eine Dicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 500 μm aufweisen, wie etwa ungefähr 200 μm.
  • Das erste Substrat 101 kann zusätzlich eine Kristallstruktur aufweisen, die dazu dient, ein Silizid epitaktisch auf dem ersten Substrat 101 (nicht in der dargestellt aber unten mit Bezug auf die dargestellt und behandelt) aufzuziehen. Der Begriff „Ziehen” oder „Aufziehen” wird in der vorliegenden Beschreibung im Sinne von „wachsen lassen” verstanden. In einer Ausführungsform kann das Substrat 101 eine (111)-Kristallorientierung aufweisen, obwohl die Ausführungsformen nicht auf eine (111)-Kristallorientierung eingeschränkt sein sollen. Jede geeignete Orientierung, die das epitaktische Aufziehen eines Silizids auf dem ersten Substrat 101 erlaubt, kann alternativ verwendet werden, und alle diese Orientierungen sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen eingeschlossen sein.
  • Wie jedoch ein Fachmann erkennen wird, soll das erste Substrat 101 nicht auf eine einzelne Schicht von SiC beschränkt sein. Jede geeignete Schicht oder Kombination von Schichten, die ein Silizid, Germanizid oder Germanosilizid ausbildet und Kohlenstoff enthält, kann alternativ verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform kann das erste Substrat 101 beispielsweise eine Schicht aus SiC auf der Oberseite einer Schicht aus einem Isolator, wie etwa einem Oxid, umfassen. In einer solchen Ausführungsform kann der Isolator eine Dicke zwischen etwa 20 nm und etwa 500 nm aufweisen und die Schicht aus SiC kann eine Dicke von zwischen etwa 10 nm und etwa 1000 nm aufweisen. Diese und jede andere geeignete Schicht oder Kombination aus Schichten kann alternativ verwendet werden und alle diese Schichten oder Kombinationen aus Schichten sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen eingeschlossen sein.
  • Die erste Metallschicht 103 kann über dem ersten Substrat 101 ausgebildet werden. Die erste Metallschicht 103 kann aus einem Material bestehen, das verwendet werden kann, um mit dem Substrat 101 ein Silizid auszubilden, das aber keine nennenswerten Mengen eines natürlichen Carbids ausbildet. In einer Ausführungsform, in der das erste Substrat 101 aus Silizium-Kohlenstoff besteht, kann die erste Metallschicht 103 beispielsweise aus Nickel, Platin, Kobalt, Palladium, Kupfer, Eisen, Kombinationen daraus oder Ähnlichem bestehen. Jedes geeignete Material, das ein Silizid ausbildet, aber keine nennenswerte Menge eines natürlichen Carbids ausbildet, kann alternativ verwendet werden.
  • Zusätzlich kann, um das Ausbilden von Graphen im Gegensatz zu anderen Formen von Kohlenstoff (wie etwa Graphit) zu fördern, die erste Metallschicht 103 als eine dünne Schicht ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die erste Metallschicht 103 mittels eines Ablagerungsverfahrens, wie etwa chemischer Dampfphasenabscheidung (Chemical Vapor Deposition, CVD), physikalischer Dampfphasenabscheidung (Physical Vapor Deposition, PVD), Kombinationen daraus oder Ähnlichem, ausgebildet werden, um eine Dicke zwischen etwa 0,5 nm und etwa 10 nm aufzuweisen, wie etwa ungefähr 2 nm. Jede geeignete Dicke und jedes geeignete Verfahren kann jedoch alternativ verwendet werden, um die erste Metallschicht 103 auszubilden.
  • Die stellt ein erstes Ausheilverfahren, ein sog. „Annealing” dar (in der durch die Pfeile, die mit 201 bezeichnet sind, wiedergegeben), das, in einer Ausführungsform, in der das erste Substrat 101 aus Silizium-Kohlenstoff besteht, auf das erste Substrat 101 und die erste Metallschicht 103 angewandt werden kann, um eine Silizidschicht 203 und eine Kohlenstoffschicht 205 auszubilden. In alternativen Ausführungsformen, in denen das erste Substrat 101 aus Silizium-Germanium-Kohlenstoff besteht, kann das erste Ausheilverfahren 201 jedoch verwendet werden, um ein Germanosilizid anstatt der Silizidschicht 201 auszubilden, und in Ausführungsformen, in denen das erste Substrat 101 aus Germanium-Kohlenstoff besteht, kann das erste Ausheilverfahren 201 verwendet werden, um eine Germanidschicht anstatt der Silizidschicht 203 auszubilden. Alle diese Ausführungsformen sollen in dem Schutzumfang der Ausführungsformen eingeschlossen sein.
  • In einer Ausführungsform kann das erste Ausheilverfahren 201 z. B. aus einem thermischen Ausheilverfahren bestehen, in dem das erste Substrat 101 und die erste Metallschicht 103 in einer rückwirkungsfreien bzw. nicht-reaktiven umgebenden Atmosphäre angeordnet werden und auf eine Temperatur zwischen etwa Raumtemperatur und etwa 800°C, wie etwa ungefähr 200°C, für einen Zeitraum von zwischen etwa 1 s und etwa 5 min, wie etwa von ungefähr 30 s, erwärmt werden. Andere geeignete Ausheilverfahren, wie etwa beschleunigtes thermisches Ausheilen, Plasma-Ausheilverfahren, Laser-Ausheilverfahren, Raumtemperatur-Ausheilverfahren, Kombinationen daraus oder Ähnliches, können jedoch alternativ verwendet werden.
  • In einer Ausführungsform, in der das erste Substrat 101 aus Silizium-Kohlenstoff besteht, reagiert das Silizium in dem ersten Substrat 101 mit dem Material in der ersten Metallschicht 103, um die Silizidschicht 203 auszubilden. Indem ein niedriger Temperaturbereich für das erste Ausheilverfahren 201 verwendet wird, zusammen mit der Kristallorientierung des ersten Substrats 101 und der Tatsache, dass die Gitterkonstante des gewählten Silizids nahe an der Gitterkonstante des ersten Substrats 101 liegt, kann die Silizidschicht 203 epitaktisch auf dem ersten Substrat 101 aufgezogen werden. Indem dieses Verfahren verwendet wird, kann eine Schicht aus Graphen von hoher Qualität hergestellt werden.
  • Zusätzlich kann, indem diese Materialien verwendet werden, die chemische Reaktion zur Ausbildung des Silizids der Reaktionsformel in Gleichung 1 folgen, wobei Me das Material der ersten Metallschicht 103 darstellt. Me + SiC → MeSix + C Gl. 1
  • Wie man sieht, ist, indem das SiC mit dem Material aus der ersten Metallschicht 103 (die keine natürlichen Carbidehat) reagiert, Kohlenstoff ein Nebenprodukt der Reaktion. Indem das Material der ersten Metallschicht 103 mit dem ersten Substrat 101 reagiert und in dieses diffundiert, wird dieser Kohlenstoff als Nebenprodukt auf einer oberen Fläche der Silizidschicht 203 übrig bleiben, um die Kohlenstoffschicht 205 auszubilden.
  • Indem zusätzlich die erste Metallschicht 103 dünn gehalten wird, besteht die Kohlenstoffschicht 205 aus Graphen anstelle von anderen möglichen Nebenprodukten, wie etwa Graphit. Die Dicke der Kohlenstoffschicht 205 kann auch gesteuert werden, indem die Dicke der ersten Metallschicht 103 angepasst wird. In einer Ausführungsform, in der die erste Metallschicht 103 beispielsweise ein Dicke von zwischen etwa 0,5 nm und etwa 10 nm, wie etwa ungefähr 2 nm, aufweist, kann die Kohlenstoffschicht 205 eine Dicke von zwischen etwa 1 Monoschicht und etwa 10 Monoschichten, wie etwa ungefähr 2 Monoschichten, aufweisen. In einer Ausführungsform, in der die Monoschichten eine Dicke von etwa 0,5 nm aufweisen, kann die Kohlenstoffschicht 205 eine Dicke von zwischen etwa 0,5 nm und etwa 5 nm, wie etwa ungefähr 1 nm, aufweisen.
  • Die stellt ein optionales zweites Ausheilverfahren (Annealing) (wiedergegeben durch die Linien, die in der mit 301 bezeichnet sind) dar, das ausgeführt werden kann, nachdem die Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet wurde. In einer Ausführungsform kann das zweite Ausheilverfahren 301 ausgeführt werden, um die Kohlenstoffschicht 205 auszuhärten und dazu beizutragen, dass alle Ungleichförmigkeiten behoben werden, die sich in dem Kristallgitter der Kohlenstoffschicht 205 während ihrer Ausbildung gebildet haben. Das zweite Ausheilverfahren 301 kann ausgeführt werden, indem das erste Substrat 101 mit der Kohlenstoffschicht 205 in eine rückwirkungsfreie bzw. nicht-reagierende Umgebung gebracht wird und das erste Substrat 101 und die Kohlenstoffschicht 205 auf eine Temperatur von zwischen etwa 500°C und etwa 1.100°C, wie etwa ungefähr 850°C, erwärmt werden. Das zweite Ausheilverfahren 301 kann als ein Impuls-Ausheilverfahren (sog. „spike-anneal”) ausgeführt werden, obwohl jede andere geeignete Art von Ausheilverfahren alternativ verwendet werden kann, und es kann während einer Zeitspanne von zwischen etwa 0,1 s und etwa 5 min, wie etwa ungefähr weniger als 1 Minute, ausgeführt werden. In einer Ausführungsform, in der das zweite Ausheilverfahren 301 durch ein Impuls-Ausheilverfahren gebildet wird, kann das zweite Ausheilverfahren 301 während einer Zeitspanne von weniger als 1 Sekunde ausgeführt werden.
  • Indem die Kohlenstoffschicht 205 durch ein Silizidverfahren ausgebildet wird, wie beschrieben wurde, kann eine Kohlenstoffschicht 205 von sehr hoher Qualität erhalten werden. Zusätzlich kann ein solches Verfahren leicht in bestehende Herstellungsverfahren integriert werden. Insofern kann ein wirksames bzw. effizientes Verfahren von hoher Qualität zur Herstellung der Kohlenstoffschicht 205 erhalten werden.
  • Die zeigt, dass, sobald die Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet und/oder wahlweise gehärtet wurde, eine Transferschicht 401 auf der Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet werden kann, um den Vorgang des Transfers der Kohlenstoffschicht 205 auf ein zweites Substrat 601 (in der nicht dargestellt, aber mit Bezug auf die weiter unten dargestellt und behandelt) zu beginnen. In einer Ausführungsform kann die Transferschicht 401 aus einem Material bestehen, dass verwendet werden kann, um die Kohlenstoffschicht 205 während des Entfernens der Silizidschicht 203 von der Kohlenstoffschicht 205 zu halten und zu schützen, während sie es auch ermöglicht, die Transferschicht 401 leicht zu entfernen, sobald die Kohlenstoffschicht 203 übertragen wurde. Die Transferschicht 401 kann beispielsweise aus Polymethylmethacrylat (PMMA) bestehen, obwohl jedes andere geeignete Material, wie etwa Methyacrylharz oder Novolac-Harz oder Ähnliches, alternativ verwendet werden kann.
  • In einer Ausführungsform, in der die Transferschicht 401 aus PMMA besteht, kann die Transferschicht 401 auf der Kohlenstoffschicht 205 mittels z. B. eines Aufschleuderverfahrens angeordnet werden, obwohl jedes andere geeignete Ablagerungsverfahren auch verwendet werden kann. Sobald es an seinem Ort ist, kann das PMMA abgebunden und erhärtet werden. Dieses erhärtete bzw. verfertigte PMMA schützt die Kohlenstoffschicht 205 und erlaubt es, die Kohlenstoffschicht 205 durch die Transferschicht 401 zu bewegen und zu steuern.
  • Die zeigt, dass, sobald die Transferschicht 401 an ihrem Ort über der Kohlenstoffschicht 205 ist, das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 entfernt werden können, um eine Rückseite der Kohlenstoffschicht 205 freizulegen. In einer Ausführungsform können das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 entfernt werden, indem ein oder mehrere Ätzverfahren verwendet werden, wie etwa eine Nassätzung, die selektiv bezüglich des ersten Substrats 101 und der Silizidschicht 203 ist. Als solches kann, während die genauen Ätzmittel, die verwendet werden, zumindest teilweise von den Materialien des ersten Substrats 101 und der Silizidschicht 203 abhängen, in einer Ausführungsform, in der das erste Substrat 101 aus Silizium-Kohlenstoff besteht und die Silizidschicht 203 aus Nickelsilizid besteht, das erste Substrat 101 mit einem Ätzmittel, wie etwa KOH, entfernt werden, während die Silizidschicht 203 getrennt davon mit einem Ätzmittel, wie etwa HF, HNO3/HCl, entfernt werden kann. Jede geeignete Kombination von Ätzmitteln und Verfahrensschritten kann jedoch alternativ verwendet werden, um das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 von der Rückseite der Kohlenstoffschicht 205 zu entfernen.
  • Die stellt ein zweites Substrat 601 dar, auf das die Kohlenstoffschicht 205 übertragen werden kann (die Übertragung ist in der nicht dargestellt, ist aber unten mit Bezug auf die dargestellt und behandelt). Das zweite Substrat 601 kann ein Halbleitersubstrat 603 zusammen mit einem Isoliersubstrat 605 umfassen. Das Halbleitersubstrat 603 kann aus einem Halbleitermaterial, wie etwa Silizium, Germanium, Diamant oder Ähnlichem, bestehen. Alternativ können auch Verbundmaterialien, wie etwa Silizium-Germanium, Siliziumkarbid, Gallium-Arsen, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Silizium-Germanium-Carbid, Gallium-Arsen-Phosphid, Gallium-Indium-Phosphid, Kombinationen daraus und Ähnliches mit anderen Kristallorientierungen verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 603 kann mit einem p-Dotierungsmittel, wie etwa Bor, Aluminium, Gallium oder Ähnlichem, dotiert werden, obwohl das Substrat alternativ mit einem n-Dotierungsmittel dotiert werden kann, wie dem Fachmann bekannt ist.
  • Das Isoliersubstrat 605 kann aus einem Isoliermaterial, wie etwa einem Oxid, ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann das Isoliersubstrat 605 durch ein Oxidationsverfahren, wie etwa einer nassen oder trockenen thermischen Oxidation des Halbleitersubstrats 603 in einer Umgebung, die ein Oxid, H2O, NO oder eine Kombination daraus aufweist, oder durch chemische Dampfphasenabscheidungstechniken (CVD) mittels Tetra-Ethyl-Ortho-Silikat (TEOS) und Sauerstoff als einem Vorläufer ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann das Isoliersubstrat 605 eine Dicke von etwa 20 nm bis etwa 500 nm aufweisen, wie etwa eine Dicke von etwa 100 nm.
  • Eine Gate-Elektrode 609 kann in einer dielektrischen Schicht 607 auf dem zweiten Substrat 601 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 607 aus einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid, Siliziumnitrid, einem Oxid, einem Stickstoff enthaltenden Oxid, Aluminiumoxid, Lanthanoxid, Hafniumoxid, Zirkoniumoxid, Hafniumoxinitrid oder Kombinationen daraus, bestehen und sie kann mittels eines Verfahrens, wie etwa CVD, PVD, ALD oder Ähnlichem, ausgebildet werden. Die dielektrische Schicht 607 kann mit einer Dicke von etwa 1 μm ausgebildet werden, obwohl jede andere geeignete Dicke alternativ verwendet werden kann.
  • Sobald die dielektrische Schicht 607 auf dem Substrat 601 ausgebildet wurde, kann die Gate-Elektrode 609 in der dielektrischen Schicht 607 eingebettet werden. In einer Ausführungsform kann die Gate-Elektrode 609 aus einem leitenden Material, wie etwa Aluminium, Wolfram, Polysilizium, anderen leitenden Materialien, Kombinationen daraus oder Ähnlichem, bestehen und die Gate-Elektrode 609 kann mittels eines Damaszierverfahrens ausgebildet werden. Nachdem die dielektrische Schicht 607 ausgebildet wurde, kann die dielektrische Schicht 607 beispielsweise mittels z. B. eines photolithographischen Maskier- und Ätzverfahrens strukturiert werden, um eine Öffnung auszubilden, in der die Gate-Elektrode 609 vorgesehen ist. Sobald die Öffnung ausgebildet wurde, kann das Material für die Gate-Elektrode 609 (z. B. Aluminium) in der Öffnung mittels eines Verfahrens, wie etwa CVD, PVD oder Ähnlichem, abgelagert werden, und die Gate-Elektrode 609 und die dielektrische Schicht 607 können z. B. durch ein chemisch-mechanisches Polierverfahren planarisiert werden, so dass die Gate-Elektrode 609 in der dielektrischen Schicht 607 eingebettet bleibt.
  • Sobald die Gate-Elektrode ausgebildet wurde, kann eine dielektrische Gate-Schicht 611 auf der Gate-Elektrode 609 und der dielektrischen Schicht 607 ausgebildet werden. Die dielektrische Gate-Schicht 611 kann ein dielektrisches Material, wie etwa hexagonales Bornitrid (h-BN), Hafniumoxid (HfO2), Aluminiumoxid (Al2O3) oder ein anderes geeignetes dielektrisches Material umfassen. In einer Ausführungsform, in der hexagonales Bornitrid verwendet wird, kann das hexagonale Bornitrid mechanisch übertragen werden und auf der Gate-Elektrode 609 und der dielektrischen Schicht 607 angeordnet werden, während, wenn Hafniumoxid verwendet wird, ein Ablagerungsverfahren, wie etwa ALD, verwendet werden kann, um das Gate-Dielektrikum 611 auf der Gate-Elektrode 609 und der dielektrischen Schicht 607 abzulagern. Die dielektrische Gate-Schicht 611 kann eine Dicke von etwa 10 nm aufweisen.
  • Die zeigt, dass, sobald das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 von der Kohlenstoffschicht 205 entfernt wurden, die Transferschicht 401 verwendet werden kann, um die Kohlenstoffschicht 205 auf dem zweiten Substrat 601 und in Kontakt mit der dielektrischen Gate-Schicht 611 anzuordnen. Das Anordnen der Kohlenstoffschicht 205 kann ausgeführt werden, indem die Transferschicht 401 (mit der daran befestigten Kohlenstoffschicht 205) gesteuert wird und die Transferschicht 401 verwendet wird, um die Kohlenstoffschicht 205 an der dielektrischen Gate-Schicht 611 auszurichten.
  • Die stellt ein Entfernen der Transferschicht 401 dar, sobald die Kohlenstoffschicht 205 auf der dielektrischen Gate-Schicht 611 angeordnet wurde. Die Transferschicht 401 kann mittels eines Ablöse- oder Ätzverfahrens entfernt werden, um das Material der Transferschicht 401 von der Kohlenstoffschicht 205 zu entfernen. Obwohl die Materialien, die verwendet werden, um die Transferschicht 401 zu entfernen, wenigstens teilweise abhängig von dem Material der Transferschicht 401 sein können, kann in einer Ausführungsform, in der die Transferschicht 401 aus PMMA besteht, die Transferschicht 401 entfernt werden, indem Aceton auf das PMMA angewandt wird, welches das PMMA auflöst.
  • Wie der Fachmann jedoch erkennen wird, soll die Verwendung von PMMA für die Transferschicht 401 und die Verwendung der Transferschicht 401 im Allgemeinen die Ausführungsformen nicht einschränken. Stattdessen kann jedes geeignete Verfahren, um die Kohlenstoffschicht 205 zu übertragen und die Kohlenstoffschicht 205 in einen Herstellungsablauf zu integrieren, verwendet werden. Die Kohlenstoffschicht 205 kann beispielsweise übertragen werden, während das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 noch an der Kohlenstoffschicht 205 befestigt sind. Sobald die Kohlenstoffschicht 205 an ihrem Ort ist, können das erste Substrat 101 und die Silizidschicht 203 dann entfernt werden, wodurch der Bedarf nach der Transferschicht 401 vermieden wird. Dieses und jedes geeignete Verfahren zur Übertragung der Kohlenstoffschicht 205 sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen enthalten sein.
  • Die stellt auch ein Strukturieren der Kohlenstoffschicht 205 dar. In einer Ausführungsform wird das Strukturieren ausgeführt, um die Kohlenstoffschicht 205 in einzelne Kanalbereiche und Kontaktstellen für verschiedene Vorrichtungen, wie etwa einen Transistor 900 (in der nicht gezeigt, aber mit Bezug auf die dargestellt und behandelt), umzuwandeln. In einer Ausführungsform kann das Strukturieren mittels eines photolithographischen Maskier- und Ätzverfahrens ausgeführt werden. Ein lichtempfindliches Material kann beispielsweise auf die Kohlenstoffschicht 205 aufgebracht werden, einer strukturierenden Energiequelle, wie etwa Licht, ausgesetzt werden und entwickelt werden, um eine Maske auf der Kohlenstoffschicht 205 auszubilden. Die Maske kann dann verwendet werden, um die Teile der Kohlenstoffschicht 205, die von der Maske freigelassen sind, zu ätzen oder anderweitig zu entfernen, um die Kohlenstoffschicht 205 zu strukturieren. Sobald die Kohlenstoffschicht 205 strukturiert wurde, kann die Maske entfernt werden, wodurch die strukturierte Kohlenstoffschicht 205 verbleibt.
  • Die zeigt ein Ausbilden von Kontakten 901 in der Kohlenstoffschicht 205, um einen Transistor 900 auszubilden. Die Kontakte 901 werden verwendet, um die Austrittsarbeit der Kohlenstoffschicht 205 anzupassen, wo die Kohlenstoffschicht 205 die Kontakte 901 berührt, wodurch Source- und Drain-Bereiche in der Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform können die Kontakte 901 aus einem leitenden Material, wie etwa Nickel, Platin, Palladium, Kombinationen daraus oder Ähnlichem, ausgebildet werden, und sie können durch ein Ablagerungsverfahren, wie etwa CVD, PVD, ALD, Kombinationen daraus oder Ähnlichem, ausgebildet werden. Die Kontakte 901 können mit einer Dicke von etwa 10 nm bis 100 nm ausgebildet werden.
  • Wie ein Fachmann jedoch erkennen wird, ist die obige Beschreibung eines Transistors mit einer Kohlenstoffschicht 205 und einer eingebetteten Gate-Elektrode 609 nur eine Art von Transistor, der die Kohlenstoffschicht 205 verwenden kann. Die Gate-Elektrode 609 braucht beispielsweise nicht in der dielektrischen Schicht 607 eingebettet zu sein, sondern kann stattdessen auf der Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet werden, nachdem die Kohlenstoffschicht 205 an dem zweiten Substrat 601 befestigt wurde und nachdem das Gate-Dielektrikum 611 auf der Kohlenstoffschicht 205 ausgebildet wurde. In einer solchen Ausführungsform kann die dielektrische Schicht 607 optional vermieden werden und die Kohlenstoffschicht 205 kann direkt an dem Isoliersubstrat 605 befestigt werden.
  • Zusätzlich ist die Kohlenstoffschicht 205 nicht darauf beschränkt, auf einem Halbleitersubstrat angeordnet zu werden und als ein Kanalbereich für einen Transistor verwendet zu werden. Stattdessen kann die Kohlenstoffschicht 205 auf jedes geeignete Substrat übertragen werden und in jeder geeigneten Art verwendet werden. Die Kohlenstoffschicht 205 kann beispielsweise als Teil eines Stapels für Monitore verwendet werden. Diese und jede andere geeignete Verwendung für die Kohlenstoffschicht 205 und ihre Übertragung sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen eingeschlossen sein.
  • In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung eines Kanalmaterials vorgesehen, das das Ablagern einer ersten Metallschicht auf einem Substrat umfasst, wobei das Substrat Kohlenstoff aufweist. Ein Silizid wird epitaktisch auf dem Substrat aufgezogen bzw. „wachsen gelassen”, wobei das epitaktische Aufziehen des Silizids auch eine Schicht aus Kohlenstoff auf dem Silizid ausbildet.
  • In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, die das Ausbilden einer ersten Metallschicht auf einem Kohlenstoff enthaltenden Substrat umfasst. Die erste Metallschicht und das Kohlenstoff enthaltende Substrat werden ausgeheilt, um einen ersten Silizidbereich und eine Kohlenstoffschicht auf dem ersten Silizidbereich auszubilden, wobei das Ausheilen der ersten Metallschicht und des Kohlenstoff enthaltenden Substrats dazu führt, dass der erste Silizidbereich epitaktisch aufgezogen wird.
  • In Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zu Herstellung einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, das das Bereitstellen eines Substrats, das Kohlenstoff umfasst, vorsieht, wobei das Substrat eine erste Gitterkonstante aufweist. Eine erste Metallschicht wird in Kontakt mit dem Substrat abgelagert und eine Kohlenstoffschicht wird auf dem Substrat ausgebildet, wobei das Ausbilden der Kohlenstoffschicht das Aufziehen eines monokristallinen Silizids auf dem Substrat umfasst, wobei das monokristalline Silizid eine zweite Gitterkonstante aufweist, die gleich der ersten Gitterkonstante ist.
  • Obwohl die vorliegenden Ausführungsformen und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, versteht es sich, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hier vorgenommen werden können, ohne von dem Geist und dem Schutzumfang der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche festgelegt sind, abzuweichen. Die Dicke der Metallschicht kann beispielsweise verändert werden, um die Kohlenstoffschicht anzupassen, und der genaue Ablauf der Verfahrensschritte, der in den oben beschriebenen Ausführungsformen dargelegt wurde, kann verändert werden, während man immer noch in dem Schutzumfang der Ausführungsformen verbleibt.
  • Darüber hinaus soll der Schutzumfang der vorliegenden Anwendung nicht auf die besonderen Ausführungsformen des Verfahrens, der Vorrichtung, der Herstellung, Zusammenstellung der Materialien, Mittel, Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung dargelegt sind, eingeschränkt sein. Wie ein Fachmann leicht aus der Offenbarung erkennen wird, können Verfahren, Vorrichtungen, Herstellung, Zusammenstellung von Materialien, Mitteln, Verfahren und Schritten, die gegenwärtig vorliegen oder später entwickelt werden sollen und die im Wesentlichen die gleiche Funktion erfüllen oder im Wesentlichen das gleiche Ergebnis erreichen, wie die entsprechenden Ausführungsformen, die hier beschrieben werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. Somit sollen die beigefügten Ansprüche in ihrem Schutzumfang solche Verfahren, Vorrichtungen, Herstellung, Zusammenstellung von Materialien, Mitteln, Verfahren oder Schritten einschließen.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Kanalmaterials, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ablagern einer ersten Metallschicht auf einem Substrat, wobei das Substrat Kohlenstoff umfasst; und epitaktisches Aufziehen eines Silizids auf dem Substrat, wobei das epitaktische Aufziehen des Silizids auch eine Schicht aus Kohlenstoff auf dem Substrat ausbildet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Schicht aus Kohlenstoff aus Graphen besteht oder wobei das Substrat aus Silizium-Kohlenstoff besteht, wobei das Silizium-Kohlenstoff vorzugsweise eine (111)-Kristallorientierung aufweist.
  3. Verfahren von Anspruch 1 oder 2, wobei das epitaktische Aufziehen des Silizids weiter das Ausführen eines ersten Ausheilverfahrens umfasst, wobei das Ausführen des ersten Ausheilverfahrens vorzugsweise zumindest teilweise bei einer Temperatur von weniger als etwa 800°C ausgeführt wird und/oder wobei das genannte Verfahren weiter das Aushärten der Schicht aus Kohlenstoff mit einem zweiten Ausheilverfahren umfasst.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, das weiter Folgendes umfasst: Übertragen der Schicht aus Kohlenstoff auf ein Halbleitersubstrat; und Ausbilden eines Transistors aus zumindest einem Teil der Schicht aus Kohlenstoff.
  5. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Ausbilden einer ersten Metallschicht auf einem Kohlenstoff enthaltenden Substrat; und Ausheilen der ersten Metallschicht und des Kohlenstoff enthaltenden Substrats, um einen ersten Silizidbereich und eine Kohlenstoffschicht auf dem ersten Silizidbereich auszubilden, wobei das Ausheilen der ersten Metallschicht und des Kohlenstoff enthaltenden Substrats dazu führt, dass der erste Silizidbereich epitaktisch aufgezogen wird.
  6. Verfahren von Anspruch 5, wobei die Kohlenstoffschicht aus Graphen besteht und/oder wobei die erste Metallschicht eine Dicke von weniger als etwa 10 nm aufweist, wobei das Kohlenstoff enthaltende Substrat Silizium-Kohlenstoff umfasst und/oder wobei das Kohlenstoff enthaltende Substrat eine (111)-Kristallorientierung aufweist.
  7. Verfahren von Anspruch 6, das weiter Folgendes umfasst: Entfernen der Kohlenstoffschicht von dem ersten Silizidbereich mittels einer Transferschicht; und Anordnen der Kohlenstoffschicht auf einem Halbleitersubstrat.
  8. Ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen eines Substrats, das Kohlenstoff aufweist, wobei das Substrat eine erste Gitterkonstante aufweist; Ablagern einer ersten Metallschicht in Kontakt mit dem Substrat; und Ausbilden einer Kohlenstoffschicht auf dem Substrat, wobei das Ausbilden der Kohlenstoffschicht das Aufziehen eines monokristallinen Silizids auf dem Substrat umfasst, wobei das monokristalline Silizid eine zweite Gitterkonstante aufweist, die gleich der ersten Gitterkonstante ist.
  9. Verfahren von Anspruch 8, wobei das Ausbilden der Kohlenstoffschicht weiter das Ausheilen des Substrats und der ersten Metallschicht bei einer Temperatur von weniger als etwa 800°C umfasst, wobei das Verfahren weiter vorzugsweise das Aushärten der Kohlenstoffschicht umfasst, indem die Kohlenstoffschicht nach dem Ausbilden der Kohlenstoffschicht ausgeheilt wird.
  10. Verfahren von Anspruch 8 oder 9, das weiter Folgendes umfasst: Trennen der Kohlenstoffschicht von dem monokristallinen Silizid; Übertragen der Kohlenstoffschicht auf ein Halbleitersubstrat; und Ausbilden eines Kanals in der Kohlenstoffschicht und/oder wobei die erste Metallschicht eine Dicke von weniger als etwa 10 nm aufweist und/oder wobei das Substrat eine (111)-Kristallorientierung aufweist.
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