DE102015117176B4 - Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers - Google Patents

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Abstract

Verfahren (100) zum Bearbeiten eines Trägers, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle durch ein erstes Gasphasenabscheidungsverfahren und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle durch ein zweites Gasphasenabscheidungsverfahren auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden (110), wobei das erste Gasphasenabscheidungsverfahren und das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren gleichzeitig ausgeführt werden und/oder abwechselnd derart ausgeführt werden, dass eine Mehrzahl von Metallschichten und eine Mehrzahl von Kohlenstoffschichten abwechselnd übereinandergestapelt werden,Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist (120), und,anschließend, Bilden einer Graphen-Schicht (208) aus der ersten Schicht an der Oberfläche des Trägers durch eine Temperaturbehandlung (130).

Description

  • Diverse Ausführungsformen betreffen allgemein ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers.
  • Im Allgemeinen kann das Bilden einer sehr dünnen Schicht eines Materials, z.B. mit einer Dicke im Nanometerbereich oder mit einer noch kleineren Dicke als einem Nanometer, unter Verwendung der typischen Prozesse der Halbleiterindustrie eine große Herausforderung darstellen. Jedoch können sogenannte zweidimensionale Materialien für elektronische Geräte und integrierte Schaltkreistechnologien sehr attraktiv sein. Zum Beispiel kann Graphen mit einer Schicht von Kohlenstoffatomen in einer hexagonalen Anordnung verbesserte elektronische Eigenschaften aufweisen, welche zum Beispiel die Herstellung eines Transistors mit einem verbesserten Ansprech- und/oder Schaltverhalten ermöglichen. Weiterhin kann eine ultradünne Schicht eines Materials verbesserte Eigenschaften im Vergleich mit einer größeren Menge des Materials aufweisen. Daher könnten zweidimensionale Materialien für die Mikroelektronik wichtig sein, z.B. zum Entwickeln diverser Typen von Sensoren, Transistoren und dergleichen, wobei die Herausforderung sein kann, diese zweidimensionalen Materialien in einen Mikrochip zum Emulieren der üblichen Siliciumtechnologie einzubauen. DE 10 2014 107 105 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verarbeitung eines Trägers zur Bildung einer dünnen Graphen-Schicht zwischen dem Träger und einer darüber liegenden Metallschicht. US 2014 / 0 205 763 A1 beschreibt ein Verfahren zur Verarbeitung eines Trägers zur Herstellung einer Graphen-Schicht. Dabei wird eine Temperaturbehandlung eines Stapels aus einer Nickel- und Kohlenstoffschicht sowie eine anschließende gemeinsame Sputter-Abscheidung beschrieben. US 2012 / 0 267 041 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Graphen-Metallkatalysator-Schichtstapeln durch Temperaturbehandlung eines Metallkatalysators mit Kohlenstoffanteil. US 2014 / 0 10 6561 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Graphen-Schicht mittels Temperaturbehandlung eines Stapels aus Metallschicht und Kohlenstoffschicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: gemeinsames Abscheiden (auch bezeichnet als Co-Abscheiden) mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und Bilden einer Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers aus der ersten Schicht durch eine Temperaturbehandlung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und anschließend Tempern der ersten Schicht, um eine Graphen-Schicht von diffundiertem Kohlenstoff an der Oberfläche des Trägers zu bilden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial (auch bezeichnet als Diffusionsbarrierenmaterial) aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und Bilden einer Graphen-Schicht aus dem Kohlenstoff der ersten Schicht an der Oberfläche des Trägers durch eine Temperaturbehandlung.
  • Dadurch kann die zweite Schicht eine Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht in die zweite Schicht oder durch die zweite Schicht hindurch verhindern.
  • Erfindungsgemäß soll das gemeinsame Abscheiden des mindestens einen Metalls ein erstes Gasphasenabscheidungsverfahren aufweisen, und das gemeinsame Abscheiden des Kohlenstoffs soll ein zweites Gasphasenabscheidungsverfahren aufweisen, wobei das erste Gasphasenabscheidungsverfahren und das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren gleichzeitig und/oder abwechselnd ausgeführt werden. Anschaulich gesagt, soll erfindungsgemäß das abwechselnde Ausführen des ersten Gasphasenabscheidungsverfahrens und des zweiten Gasphasenabscheidungsverfahrens das Bilden einer Mehrzahl von Teilschichten, die das mindestens eine Metall aufweisen, und einer Mehrzahl von Teilschichten, die Kohlenstoff aufweisen, aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Graphen-Schicht auch hydrogeniertes Graphen aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert sein, eine vordefinierte Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht vorzusehen. Weiterhin kann die vordefinierte Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht größer als die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht sein. Weiterhin kann die Löslichkeit von Kohlenstoff sich auf eine Temperatur von 20 °C, 30 °C, 50 °C, 100 °C beziehen (kann z.B. bei diesen Temperaturen bestimmt oder gemessen werden). Anschaulich gesagt, kann die erste Schicht eine Mischung des mindestens einen Metalls und des Kohlenstoffs aufweisen. Weiterhin kann die erste Schicht eine feste Lösung des mindestens einen Metalls und des Kohlenstoffs aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert sein, eine Kohlenstoffdosis in der ersten Schicht vorzusehen, welche größer als etwa 1015 at/cm2 ist. Eine Kohlenstoffdosis von etwa 1015 at/cm2 kann während der Temperaturbehandlung in der ersten Schicht für die Bildung einer Graphen-Einfachschicht erforderlich sein. Weiterhin kann die erste Schicht eine Dicke geringer als etwa 100 nm aufweisen. Die Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht kann derart sein, wie für die Bildung einer Graphen-Einfachschicht gefordert. Die Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht kann ein ganzzahliges Vielfaches der für die Bildung einer Graphen-Einfachschicht benötigten Menge von Kohlenstoff sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der zweiten Schicht ein drittes Gasphasenabscheidungsverfahren aufweisen, wobei das dritte Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert sein kann, eine Kohlenstoffdosis in der zweiten Schicht vorzusehen, welche geringer als etwa 1015 at/cm2 ist. Die Menge von Kohlenstoff in der dritten Schicht kann geringer sein als für die Bildung einer Graphen-Einfachschicht benötigt, daher kann kein Graphen oben auf der dritten Schicht oder an der Schnittstelle zwischen der zweiten Schicht und der dritten Schicht gebildet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der zweiten Schicht größer als eine Dicke der ersten Schicht sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Kohlenstoffgehalt in der ersten Schicht im Bereich von etwa 0,1 % bis etwa 50 % liegen. Der Kohlenstoffgehalt oder die Menge von Kohlenstoff kann sich auf Atomprozent oder Molprozent beziehen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten des Trägers ferner Folgendes aufweisen: Bilden einer dritten Schicht über der zweiten Schicht vor der Temperaturbehandlung, wobei die dritte Schicht mindestens ein Metall aufweist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der dritten Schicht größer als eine Dicke der ersten Schicht sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der dritten Schicht größer als eine Dicke der zweiten Schicht sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten des Trägers ferner Folgendes aufweisen: Strukturieren des Trägers vor dem Bilden der ersten Schicht.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperaturbehandlung in Anwesenheit von Wasserstoff ausgeführt werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten des Trägers ferner Folgendes aufweisen: Ausführen einer Strukturierung vor der Temperaturbehandlung, um die Oberfläche des Trägers teilweise freizulegen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten des Trägers ferner Folgendes aufweisen: Ausführen einer Strukturierung nach der Temperaturbehandlung, um die Graphen-Schicht teilweise freizulegen. Weiterhin kann das Verfahren zum Bearbeiten des Trägers das Entfernen freigelegter Teile der Graphen-Schicht aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers ferner Folgendes aufweisen: Ausführen einer Strukturierung nach der Temperaturbehandlung, um die Oberfläche des Trägers teilweise freizulegen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Metall der ersten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt sein, dass während der Temperaturbehandlung eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das mindestens eine Metall der ersten Schicht, das mindestens eine Metall der dritten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass während der Temperaturbehandlung eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht, aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: Bilden einer ersten Schicht auf einer Oberfläche des Trägers, wobei die erste Schicht mindestens ein Metall und Kohlenstoff aufweist, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht ist, Bilden einer dritten Schicht über der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht mindestens ein Metall aufweist, und wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht, das mindestens eine Metall der dritten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht, aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet werden kann, und Bilden einer Graphen-Schicht aus dem Kohlenstoff der ersten Schicht an der Oberfläche des Trägers und Bilden einer Legierungsschicht aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht, aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial über der Graphen-Schicht durch eine Temperaturbehandlung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der ersten Schicht das gemeinsame Abscheiden des mindestens einen Metalls aus einer ersten Quelle und des Kohlenstoffs aus einer zweiten Quelle aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: Bilden einer ersten Schicht auf einer Oberfläche des Trägers, wobei die erste Schicht mindestens ein Metall und Kohlenstoff aufweist, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet werden kann, Bilden einer Graphen-Schicht aus dem Kohlenstoff der ersten Schicht an der Oberfläche des Trägers und Bilden einer Legierungsschicht aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial über der Graphen-Schicht durch eine Temperaturbehandlung, und Strukturieren der Legierungsschicht, um eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten auf der Graphen-Schicht zu bilden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der ersten Schicht das gemeinsame Abscheiden des mindestens einen Metalls aus einer ersten Quelle und des Kohlenstoffs aus einer zweiten Quelle aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperaturbehandlung derart ausgeführt werden, dass eine Verdampfung des mindestens einen Metalls der ersten Schicht und/oder des mindestens einen Metalls der dritten Schicht und/oder des Diffusionssperrmaterials der zweiten Schicht im Wesentlichen vermieden wird. Daher kann die Temperatursteuerung genau kalibriert werden, so dass zum Beispiel während der Temperaturbehandlung die Temperatur 1020 °C überschreiten kann, falls Kupfer in der ersten Schicht, in der dritten Schicht und/oder in der zweiten Schicht enthalten ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und Abtrennen einer Graphen-Schicht aus der ersten Schicht durch eine Temperaturbehandlung, wobei die Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers angeordnet und mit dem verbleibenden Material aus der ersten Schicht und der zweiten Schicht bedeckt wird.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gemeinsame Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle mindestens einen Sputterabscheidungsprozess aufweisen, wobei die erste Quelle durch ein erstes Sputtertarget (auch Kathode genannt) vorgesehen werden kann, und wobei die zweite Quelle durch ein zweites Sputtertarget vorgesehen werden kann. Alternativ können die erste Quelle und die zweite Quelle durch ein einzelnes Sputtertarget vorgesehen werden, z.B. mit dem mindestens einen Metall in einem ersten Targetbereich und dem Kohlenstoff in einem zweiten Targetbereich.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das als Diffusionssperrschicht abgeschiedene Kupfer eine Kohlenstoff-Konzentration (in Atomprozent) im Bereich von etwa 0,001 at% bis etwa 0,1 at% aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 0,005 at% bis etwa 0,015 at%.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: Abscheiden einer ersten Schicht über dem Träger, wobei die erste Schicht mindestens ein Metall und Kohlenstoff aufweist, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und anschließend Tempern der ersten Schicht, um eine Graphen-Schicht von diffundiertem Kohlenstoff an der Oberfläche des Trägers zu bilden. Weiterhin kann das Abscheiden der ersten Schicht (oder Bilden der ersten Schicht) das Abscheiden des mindestens einen Metalls und des Kohlenstoffs aus mindestens einem Target durch Sputterabscheidung aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht durch Sputterabscheidung aus einem gemischten Sputtertarget (Kathode) abgeschieden werden, wobei das gemischte Sputtertarget mit einer vordefinierten Kohlenstoff-Konzentration in dem mindestens einen Metall vorgesehen werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das gemischte Sputtertarget eine Kohlenstoff-Konzentration (in Atomprozent, abgekürzt at%) im Bereich von etwa 0,25 at% bis etwa 10 at% aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 0,25 at% bis etwa 5 at%.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die erste Quelle und die zweite Quelle räumlich voneinander getrennt sein. Weiterhin können die erste Quelle und die zweite Quelle funktional voneinander getrennt sein, in anderen Worten können die erste Quelle und die zweite Quelle durch ein Steuersystem individuell gesteuert oder individuell steuerbar sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Quelle von der zweiten Quelle verschieden sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anzahl der durch die Wärmebehandlung aus der ersten Schicht gebildeten Graphen-Schichten durch die Menge des in der ersten Schicht vorgesehenen Kohlenstoffs gesteuert werden, bevor die Wärmebehandlung ausgeführt wird. Eine Restmenge von nach der Wärmebehandlung in dem Metall oder der Metall-Legierung über der Kohlenstoffschicht verbleibendem Kohlenstoff kann als Abweichung zum Steuern der Menge des in der ersten Schicht vorzusehenden Kohlenstoffs angesehen werden, um die gewünschte Anzahl von Graphen-Schichten (oder Graphen-Lagen) zu bilden. Im Fall, dass das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht und das mindestens eine Metall der ersten Schicht während der Wärmebehandlung eine Legierung bilden, kann das Diffusionssperrmaterial den Kohlenstoff aus der ersten Schicht an der Substrat-Schnittstelle austreiben oder kann die Diffusion des Kohlenstoffs aus der ersten Schicht an die Substrat-Schnittstelle während der Wärmebehandlung unterstützen.
  • In den Zeichnungen betreffen gleiche Bezugsziffern allgemein die gleichen Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, die Betonung liegt stattdessen darauf, die Prinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden diverse Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die folgenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 2A bis 2C einen Träger in verschiedenen Stufen während der Bearbeitung in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 3A und 3B einen Träger in verschiedenen Stufen während der Bearbeitung in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 4A bis 4F einen Träger in verschiedenen Stufen während der Bearbeitung in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 5A bis 5C einen Träger in verschiedenen Stufen während der Bearbeitung in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 6 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 7A und 7B einen Träger in verschiedenen Stufen während der Bearbeitung in einer schematischen Querschnittsansicht oder Seitenansicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen,
    • 8 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen, und
    • 9 ein schematisches Ionenimplantationsprofil in einer Nickel-Schicht gemäß verschiedenen Ausführungsformen.
  • Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, die anschaulich spezifische Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in welchen die Erfindung ausgeführt werden kann.
  • Das Wort „beispielhaft“ wie hierin verwendet soll „als Beispiel oder Veranschaulichung dienend“ bedeuten. Jegliche hierin als „beispielhaft“ beschriebene Ausführungsform oder Ausgestaltung ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen anzusehen.
  • Das Wort „über“, das mit Bezug auf ein abgeschiedenes Material „über“ einer Seite oder Oberfläche verwendet wird, kann hierin bedeuten, dass das abgeschiedene Material „direkt darauf“ gebildet werden kann, z.B. in direktem Kontakt mit der betreffenden Seite oder Oberfläche. Das Wort „über“, das mit Bezug auf ein abgeschiedenes Material „über“ einer Seite oder Oberfläche verwendet wird, kann hierin bedeuten, dass das abgeschiedene Material „indirekt auf“ der betreffenden Seite oder Oberfläche gebildet werden kann, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der betreffenden Seite oder Oberfläche und dem abgeschiedenen Material angeordnet sind.
  • Der Ausdruck „seitlich“, der mit Bezug auf die „seitliche“ Ausdehnung einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet wird, bedeutet auf und/oder in einem Träger (z.B. einem Substrat, einem Wafer oder einem Halbleiter-Werkstück) oder „seitlich“ angrenzend dazu und kann hierin verwendet werden, um eine Ausdehnung oder eine Positionsbeziehung entlang einer Oberfläche des Trägers anzugeben. Das heißt, dass eine Oberfläche eines Trägers (z.B. eine Oberfläche eines Substrats, eine Oberfläche eines Wafers oder eine Oberfläche eines Halbleiter-Werkstücks) als Referenz dienen kann, üblicherweise als Haupt-Bearbeitungsfläche bezeichnet. Weiterhin kann der Ausdruck „Breite“, wie mit Bezug auf eine „Breite“ einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet, hierin verwendet werden, um die seitliche Ausdehnung einer Struktur anzugeben. Weiterhin kann der Ausdruck „Höhe“, wie mit Bezug auf eine Höhe einer Struktur (oder eines Strukturelements) verwendet, hierin verwendet werden, um eine Ausdehnung einer Struktur entlang einer Richtung senkrecht zur Oberfläche eines Trägers anzugeben (z.B. senkrecht zur Haupt-Bearbeitungsfläche eines Trägers). Der Ausdruck „Dicke“, wie mit Bezug auf eine „Dicke“ einer Schicht verwendet, kann hierin verwendet werden, um die räumliche Ausdehnung der Schicht senkrecht zur Oberfläche des Supports (dem Material oder der Materialstruktur) anzugeben, auf welchem die Schicht abgeschieden wird. Falls eine Oberfläche des Supports parallel zur Oberfläche des Trägers ist (z.B. parallel zur Haupt-Bearbeitungsfläche), kann die „Dicke“ der auf der Oberfläche des Supports abgeschiedenen Schicht gleich der Höhe der Schicht sein. Weiterhin kann eine „vertikale“ Struktur als Struktur bezeichnet werden, die sich in einer Richtung senkrecht zur seitlichen Richtung erstreckt (z.B. senkrecht zur Haupt-Bearbeitungsfläche eines Trägers), und eine „vertikale“ Ausdehnung kann als Ausdehnung entlang einer Richtung senkrecht zur seitlichen Richtung bezeichnet werden (z.B. eine Ausdehnung senkrecht zur Haupt-Bearbeitungsfläche eines Trägers).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Träger (z.B. ein Substrat, ein Wafer oder ein Werkstück) aus Halbleitermaterialien diverser Typen hergestellt sein oder diese enthalten, einschließlich zum Beispiel Silicium, Germanium, Elementen der Gruppen III bis V oder weiteren Typen, einschließlich zum Beispiel Polymeren, obwohl in einer weiteren Ausführungsform auch andere geeignete Materialien verwendet werden können. In einer Ausführungsform ist der Träger aus Silicium (dotiert oder undotiert) hergestellt, in einer alternativen Ausführungsform ist der Träger ein Wafer von Silicium auf einem Isolator (SOI). Als Alternative können jegliche anderen geeigneten Halbleitermaterialien für den Träger verwendet werden, zum Beispiel Halbleiterverbindungen wie z.B. Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), aber auch jegliche geeigneten ternären oder quaternären Halbleiterverbindungen wie z.B. Indiumgalliumarsenid (InGaAs). Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger ein dünnes oder ultradünnes Substrat oder ein Wafer sein, z.B. mit einer Dicke im Bereich von etwa einigen Mikrometern bis etwa einigen Zehn Mikrometers, z.B. im Bereich von etwa 5 µm bis etwa 50 µm, z.B. mit einer Dicke geringer als etwa 100 µm oder geringer als etwa 50 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Träger SiC (Siliciumcarbid) aufweisen oder kann ein Siliciumcarbid-Träger, ein Siliciumcarbid-Substrat, ein Siliciumcarbid-Wafer oder ein Siliciumcarbid-Werkstück sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Träger SiO2 (Siliciumdioxid) aufweisen oder ein Siliciumdioxid-Träger, ein Siliciumdioxid-Substrat, ein Siliciumdioxid-Wafer oder ein Siliciumdioxid-Werkstück sein. Weiterhin kann ein Träger ein elektrisch isolierendes Material (in anderen Worten, ein dielektrisches Material oder ein elektrisch isolierendes Material) an einer Oberfläche des Trägers aufweisen, oder der Träger kann derart aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, dass eine elektrisch leitende Schicht, z.B. eine Graphen-Schicht, an der Oberfläche des Trägers gebildet und in Funktion gesetzt werden kann.
  • Im Allgemeinen können die physikalischen und chemischen Eigenschaften eines Materials nicht ausschließlich durch seine Kristallstruktur und die chemische Zusammensetzung definiert werden. Da die physikalischen Eigenschaften, zum Beispiel die elektronischen Eigenschaften (z.B. die Bandstruktur), einer Oberfläche eines Materials sich von den physikalischen Eigenschaften von denen einer größeren Menge des Materials unterscheiden können, kann eine Differenz bezüglich der physikalischen Eigenschaften einer Schicht oder eines Bereichs vorliegen, falls mindestens eine räumliche Ausdehnung der Schicht oder des Bereichs im Nanometer-Bereich oder gar Sub-Nanometer-Bereich reduziert wird. In diesem Fall können die Oberflächeneigenschaften des betreffenden Materials, das die Schicht oder den Bereich bildet, die Eigenschaften (z.B. die physikalischen und chemischen Eigenschaften) der Schicht oder des Bereichs dominieren. Im einschränkenden Fall kann mindestens eine Abmessung einer Schicht oder eines Bereichs die räumliche Ausdehnung von einigen Angström haben, welches die räumliche Ausdehnung von genau einer Einfachschicht von Atomen des betreffenden Materials sein kann. Eine Einfachschicht kann eine Schicht mit einer seitlichen Ausdehnung und einer Schichtdicke (oder Höhe) senkrecht zur seitlichen Ausdehnung sein, wobei die Schicht eine Mehrzahl von Atomen (oder Molekülen) aufweist, und wobei die Schicht eine Dicke (oder Höhe) eines einzelnen Atoms (oder Moleküls) hat. In anderen Worten, eine Einfachschicht eines Materials kann keine gleichen Atome (oder Moleküle) aufeinander aufweisen (entlang der Dicken- oder Höhenrichtung).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können einige unterschiedliche Materialien vorliegen, die intrinsisch Einfachschichten bilden, sogenannte selbstassemblierte Einfachschichten, welche als zweidimensionale Materialien bezeichnet werden können, oder genauer gesagt als strukturelle zweidimensionale Materialien. Weiterhin kann ein typischer Repräsentant eines derartigen strukturellen zweidimensionalen Materials Graphen sein, das aus einer hexagonalen zweidimensionalen Anordnung von Kohlenstoffatomen besteht, einer sogenannten Wabenstruktur. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Graphen auch als Graphen-Lage oder Graphen-Schicht bezeichnet werden. Ein weiterer Repräsentant eines strukturellen zweidimensionalen Materials kann hydrogeniertes Graphen (Graphan) oder teilweise hydrogeniertes Graphen sein. In reinen Graphen-Lagen können die strukturelle Anordnung und die Bindungen der Kohlenstoffatome unter Verwendung der Hybridisierung beschrieben werden (hybride Atomorbitale), wobei in diesem Fall die Kohlenstoffatome sp2-Hybride sind, was bedeutet, dass eine kovalente Bindung der Kohlenstoffatome eine hexagonale zweidimensionale Schicht bildet, eine hexagonale Einfachschicht. In hydrogeniertem Graphen oder Graphan können die Kohlenstoffatome sp3-Hybride oder eine Mischung von sp2-Hybriden und sp3-Hybriden sein, wobei die Kohlenstoffatome, die sp3-Hybride sind, mit einem Wasserstoffatom verbunden sind, was eine lagenartige (zweidimensionale) Struktur bildet.
  • Ein strukturelles zweidimensionales Material, wie hierin bezeichnet, kann eine Schicht mit kovalenter Bindung entlang zwei räumlichen Richtungen sein, wodurch eine Lagenstruktur oder eine zweidimensionale Struktur gebildet wird, z.B. selbstassembliert, wobei das strukturelle zweidimensionale Material keine kovalente Bindung an andere Atome außerhalb der Lagenstruktur haben kann. Ein strukturelles zweidimensionales Material, wie hierin bezeichnet, kann eine Schicht sein, die aus einer Einfachschicht eines Materials besteht. Ein strukturelles zweidimensionales Material, wie hierin bezeichnet, kann eine Schicht sein, die aus einer Doppelschicht eines Materials besteht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Graphen-Schicht Kohlenstoff in einer zweidimensionalen Struktur enthalten, z.B. in einem hexagonal angeordneten Gitter.
  • Typische dreidimensionale Materialien, z.B. eine größere Menge eines metallischen Materials, können unterschiedliche physikalische und chemische Eigenschaften aufweisen, je nach der seitlichen Ausdehnung des Materials, z.B. kann eine Einfachschicht oder eine ultradünne Schicht eines Materials Eigenschaften haben, die von denen einer größeren Menge des gleichen Materials verschieden sind. Eine Einfachschicht oder eine ultradünne Schicht eines dreidimensionalen Materials kann Eigenschaften aufweisen, die von denen einer dickeren Schicht des Materials verschieden sind, da sich das Verhältnis Volumen zu Oberfläche ändert. Daher können sich beim Vergrößern der Schichtdicke die Eigenschaften einer dünnen Schicht eines Materials den Eigenschaften einer größeren Menge des Materials annähern.
  • Dagegen kann eine Schicht mit einem strukturellen zweidimensionalen Material, z.B. Graphen, Graphan, Silicen, Germanen, ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften unabhängig von der Schichtdicke behalten, z.B. kann eine Einfachschicht eines strukturellen zweidimensionalen Materials im Wesentlichen die gleichen Eigenschaften wie mehrere übereinander angeordneten Einfachschichten aufweisen, da die einzelnen Schichten im Wesentlichen nicht aneinander gekoppelt werden können, z.B. da keine kovalente, ionische und/oder metallische Bindung zwischen den einzelnen Schichten eines strukturellen zweidimensionalen Materials vorliegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können mehrere übereinander gestapelten Graphen-Schichten oder -Lagen schwach aneinander gekoppelt sein (z.B. über Van-der-Waals-Wechselwirkung).
  • Eine konforme Schicht, wie hierin beschrieben, kann nur kleine Dickenvariationen entlang der Schnittstelle mit einem anderen Körper aufweisen, z.B. kann die Schicht nur kleine Dickenvariationen entlang Kanten, Stufen oder anderen Elementen der Morphologie der Schnittstelle aufweisen. Eine Einfachschicht eines Materials, die eine Oberfläche eines darunter angeordneten Körpers oder einer Basisstruktur (z.B. in direktem Kontakt) bedeckt, kann als konforme Schicht angesehen werden. Eine Einfachschicht oder eine Doppelschicht eines strukturellen zweidimensionalen Materials, die eine Oberfläche eines darunter angeordneten Körpers oder einer Basisstruktur (z.B. in direktem Kontakt) bedeckt, kann als konforme Schicht angesehen werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Schichtenstapel mit mehreren konformen Schichten auf einer Oberfläche eines Trägers abgeschieden werden, wobei der Schichtenstapel anschließend wärmebehandelt wird, um eine konforme Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers zu bilden.
  • Wie hierin beschrieben, kann ein strukturelles zweidimensionales Material spezifische physikalische und/oder chemische Eigenschaften aufweisen. Graphen kann zum Beispiel ein Halbleiter (z.B. ein Zero-Gap-Halbleiter) oder ein Semi-Metall mit einer sehr hohen Ladungsträgermobilität sein (z.B. im Bereich von etwa 40.000 bis etwa 200.000 cm2/Vs auf einem elektrisch isolierenden Substrat). Weiterhin kann Graphen weitere einzigartige Eigenschaften aufweisen (elektrische, mechanische, magnetische, thermische, optische und dergleichen), was Graphen interessant für die elektronische Industrie macht (z.B. zur Verwendung in Sensoren (Gassensoren, magnetischen Sensoren), als Elektroden, in Transistoren, als Quantenpunkte und dergleichen). Jedoch kann die Verwendung von Graphen ebenso wie anderer vielversprechender struktureller zweidimensionaler Materialien eine oder mehrere Graphen-Schichten (z.B. eine Graphen-Einfachschicht, z.B. eine Graphen-Doppelschicht, z.B. eine Graphen-Mehrfachschicht) beinhalten, die auf einem elektrisch isolierenden Substrat angeordnet sind, z.B. auf Siliciumdioxid.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers vorgesehen sein, welches zum Bilden einer strukturellen zweidimensionalen Schicht auf einem beliebigen Träger verwendet werden kann, z.B. auf einem dielektrischen Substrat. Das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers kann zum Bilden einer Einfachschicht eines Materials verwendet werden, z.B. einer Graphen-Einfachschicht oder einer Graphen-Lage. Das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers kann zum Bilden einer Doppelschicht eines Materials verwendet werden, z.B. einer Graphen-Doppelschicht. Das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers kann zum Bilden eines Schichtenstapels mit einer Mehrzahl von Graphen-Lagen verwendet werden. Das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers kann zum Bilden einer Schicht mit einem strukturellen zweidimensionalen Material verwendet werden, z.B. Graphen. Das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, kann eine einfache, steuerbare, reproduzierbare, stabile und kostengünstige Herstellung einer Schicht mit einem strukturellen zweidimensionalen Material (z.B. einer oder mehrerer Graphen-Schichten oder Graphen-Lagen) auf einem elektrisch isolierenden Substrat ermöglichen (oder auf einem beliebigen Substrat, da der Prozess nicht auf einen spezifischen Typ von Substraten beschränkt werden kann). Weiterhin kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, die Bearbeitung von großen Oberflächen (z.B. größer als 1 mm2) und/oder die Bearbeitung von strukturierten Substraten erlauben. In anderen Worten, das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, kann die Herstellung einer Schicht mit einem strukturellen zweidimensionalen Material mit einer großen seitlichen Ausdehnung und/oder die Bedeckung einer großen Oberfläche eines Trägers erlauben. Weiterhin kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, die Bildung von Falten und/oder Knittern in einem über einem Träger gebildeten strukturellen zweidimensionalen Material reduzieren oder verhindern. Weiterhin kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, einen schnellen Herstellprozess erlauben, der leicht an diverse elektrisch isolierende Substrate und/oder elektrisch leitende Substrate angepasst oder dafür verwendet werden kann. Daher kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, aktuelle Probleme bei der Herstellung von Graphen-Einfachschichten, Graphen-Doppelschichten und/oder Graphen-Mehrfachschichten umgehen und/oder lösen. Weiterhin kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, zur Herstellung weiterer struktureller zweidimensionaler Schichten angepasst werden, z.B. von Silicen-Schichten, Germanen-Schichten und dergleichen.
  • Zu typischerweise verwendeten Herstellverfahren zum Vorsehen von Graphen auf elektrisch isolierenden Substraten kann die Abtrennung von Kohlenstoff von einem Metall (z.B. Nickel) zählen, wobei Kohlenstoff bei hohen Temperaturen in einer Metallschicht auf einem Substrat derart gelöst werden kann, dass das Metall Kohlenstoff lösen kann, und wobei der Kohlenstoff abgetrennt wird, während die Metallschicht abgekühlt wird. Da der Kohlenstoff in üblichen Verfahren unter Verwendung von zum Beispiel Kohlenstoff-Ionenimplantation oder durch Zersetzen von Kohlenstoff enthaltenden Materialien bei hohen Temperaturen geliefert werden kann, kann der Kohlenstoff im Wesentlichen an der Oberfläche des Metalls eingebracht werden (von der Schnittstelle des Metalls mit dem Substrat entfernt), was in einer bevorzugten Bildung (Abtrennung) von Graphen an der Oberfläche der Metallschicht und nicht an der Schnittstelle mit dem Substrat resultiert. Dies kann zum Beispiel das Problem bewirken, dass es schwierig sein kann, die Graphen-Schicht unter Verwendung von üblichen Verfahren freizulegen, z.B. durch Entfernen des Metalls durch Ätzen, da die Graphen-Bildung an der Oberfläche der Metallschicht von der Bildung einer oder mehrerer Carbidphasen unter dem Graphen begleitet sein kann. Daher kann das Ätzen der Metallschicht in typischerweise eingesetzten Prozessen, z.B. um die Graphen-Schicht an der Schnittstelle mit dem Substrat freizulegen, schwierig sein und kann das Entfernen der oberen Graphen-Schicht von der Oberfläche der Metallschicht unter Verwendung von zusätzlichen komplexen Ätzprozessen (z.B. unter Verwendung von Plasmaätzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre oder thermischem Ätzen in sauerstoffhaltiger Atmosphäre bei hohen Temperaturen (höher als 500 °C)) beinhalten. Weiterhin kann das Entfernen der auftretenden einen oder mehreren Carbidphasen auf oder in der Metallschicht schwierig sein, und das gleichförmige Entfernen der auftretenden einen oder mehreren Carbidphasen kann schwierig und/oder sogar unmöglich sein, was Probleme beim Entfernen der Metallschicht und Freilegen der Graphen-Schicht, welche an der Oberfläche des Substrats gebildet wird, verursachen kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, ferner die Bildung von Carbidphasen und/oder die Graphen-Abtrennung oben auf der Metallschicht verhindern, was in einem verbesserten Abscheidungsprozess für Graphen-Schichten (Einfachschichten, Doppelschichten oder Mehrfachschichten) resultiert.
  • Verschiedene Ausführungsformen sehen anschaulich ein Verfahren zum Bilden einer reinen Graphen-Schicht (oder einer reinen Graphen-Lage) auf einem elektrisch isolierenden Substrat vor, wobei das elektrisch isolierende Substrat auch ein strukturiertes Substrat mit einer elektrisch isolierenden Oberfläche (oder Oberflächenschicht) sein kann. In anderen Worten, eine Graphen-Schicht (Einfachschicht, Doppelschicht, Dreifachschicht und dergleichen) kann auf einem elektrisch isolierenden Substrat derart gebildet werden, dass die Graphen-Schicht keinen Kontakt mit einem Metall oder mit einem elektrisch leitenden Material haben kann. Daher können die elektronischen Eigenschaften der Graphen-Schicht zum Beispiel nicht durch ein benachbartes Metall oder ein benachbartes elektrisch leitendes Material beeinflusst werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, die gesteuerte Bildung einer Graphen-Schicht auf einer Oberfläche eines dielektrischen Substrats über die Abtrennung von Kohlenstoff aus einer Metallschicht erlauben, die über dem Substrat angeordnet ist, wodurch die Bildung von Carbidphasen und die unerwünschte Kohlenstoff-Abtrennung auf der Oberfläche der Metallschicht vermieden wird.
  • Weiterhin kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen ein Verfahren zum Bilden einer reinen Graphen-Schicht (oder einer reinen Graphen-Lage) auf einem elektrisch isolierenden Substrat vorgesehen sein, was über das Steuern des Wasserstoffgehalts des Kohlenstoffs und/oder des Wasserstoffgehalts des katalytischen Metalls und/oder des Wasserstoffgehalts der Wärmebehandlungsatmosphäre zum Bilden der Graphen-Schicht die gesteuerte Bildung einer einzelnen Schicht Graphen und/oder einer Mehrfachschicht Graphen erlauben kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bilden von Graphen auf einem beliebigen Substrat mittels asymmetrischer Abtrennung von Kohlenstoff aus einer Metallschicht vorgesehen sein. Dadurch kann eine Bildung von Graphen und/oder Metallcarbidphasen auf der Oberfläche der Metallschicht verhindert oder im Wesentlichen reduziert werden, wobei Graphen und/oder Metallcarbidphasen auf der Oberfläche der Metallschicht ein Ätzen der Metallschicht beeinträchtigen könnten.
  • Ein Metall, wie hierin bezeichnet, kann auch ein Metalloid oder eine Metall-Legierung aufweisen oder auch als solche aufgefasst werden. Diverse Metalle (z.B. Nickel, Cobalt, Wolfram, Iridium, Platin) können eine feste Lösung (auch als Festkörper-Lösung bezeichnet) mit Kohlenstoff bilden. Anschaulich gesagt, kann ein Metall als Lösungsmittel für Kohlenstoff (oder andere kleine Atome, wie zum Beispiel Stickstoff) wirken, wobei Kohlenstoff der gelöste Stoff ist. In diesem Fall kann das Metall mit dem Kohlenstoff chemisch nicht reagieren (oder kann keine chemische Verbindung bilden), sondern vielmehr können die Kohlenstoffatome genügend klein sein, um an Zwischenräumen des Metalls eingebaut zu werden (in anderen Worten des Metallgitters), somit kann das Metall ein katalytisches Metall sein, was eine Abtrennung von in dem Metall aufgelöstem Kohlenstoff erlaubt.
  • Im Allgemeinen kann die Löslichkeit eines gelösten Stoffs in einem Lösungsmittel von den physikalischen und chemischen Eigenschaften des gelösten Stoffs und des Lösungsmittels ebenso wie von Temperatur und Druck abhängen. Weiterhin kann die Löslichkeit eines gelösten Stoffs (z.B. Kohlenstoff) in einem spezifischen Lösungsmittel (z.B. Ni) als Sättigungskonzentration bezeichnet werden, welche erreicht wird, wenn die Zugabe von mehr gelöstem Stoff in das Lösungsmittel die Konzentration des gelösten Stoffs in dem Lösungsmittel nicht mehr erhöht, und wenn entsprechend das Lösungsmittel die Überschussmenge von gelöstem Stoff auszufällen beginnt (oder in anderen Worten abgetrennt zu werden beginnt). Anschaulich gesagt, kann eine gegebene Menge eines Lösungsmittels in der Lage sein, eine durch die Sättigungskonzentration definierte entsprechende maximale Menge eines gelösten Stoffs aufzulösen. Eine feste Lösung kann auch als Legierung bezeichnet werden, z.B. kann im Fall, dass Kohlenstoff an Zwischenräumen des Metalls eingebaut wird, die feste Lösung als interstitielle Verbindung oder interstitielle Legierung bezeichnet werden.
  • Analog kann ein erstes Metall (z.B. Nickel, Cobalt, Wolfram, Iridium, Platin) eine feste Lösung (auch bezeichnet als Festkörper-Lösung) mit einem zweiten Metall (z.B. Cu, Si, Ti, Ta) bilden. Anschaulich gesagt, kann das Metall als Lösungsmittel für ein anderes Metall (mit zum Beispiel einem ähnlichen Atomradius, z.B. mit 15 % oder weniger Differenz) als gelöstem Stoff wirken. In diesem Fall kann das erste Metall mit dem zweiten Metall chemisch nicht reagieren (oder kann keine chemische Verbindung bilden), sondern vielmehr können die Atome des zweiten Metalls die Atome des ersten Metalls im Kristallgitter ersetzen (substitutionell). Eine feste Lösung von mindestens zwei Metallen kann auch als Legierung bezeichnet werden, z.B. kann, falls das zweite Metall in das erste Metallgitter substitutionell eingebaut wird, die feste Lösung als substitutionelle Verbindung oder substitutionelle Legierung bezeichnet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Legieren eines zweiten Metalls (z.B. Cu) in ein erstes Metall (z.B. Ni) die Fähigkeit des ersten Metalls zum Auflösen von Kohlenstoff reduzieren. In anderen Worten kann die Löslichkeit (die Sättigungskonzentration) von Kohlenstoff in einer Ni/Cu-Legierung geringer als die Löslichkeit (die Sättigungskonzentration) von Kohlenstoff in Ni sein. Als Ergebnis kann das Auflösen von Kupfer in einer Nickel-Schicht mit Kohlenstoff eine Abtrennung von Kohlenstoff aus der Nickel-Schicht unterstützen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann zum Bilden einer Graphen-Schicht (in anderen Worten zum Bilden einer Schicht mit Graphen, z.B. eine Graphen-Einfachschicht, eine Graphen-Doppelschicht oder eine Graphen-Mehrfachschicht) an der Oberfläche eines Trägers ein mit Wärme zu behandelnder Schichtenstapel auf dem Träger vorgesehen sein. Der mit Wärme zu behandelnde Schichtenstapel kann eine erste Schicht mit mindestens einem Metall aufweisen (z.B. mindestens einem katalytischen Metall, z.B. mindestens einem Übergangsmetall, z.B. Ni und/oder Co und/oder Ir und/oder Pt und/oder W) und Kohlenstoff (oder einem anderen Element, das ein strukturelles zweidimensionales Material durch Abtrennung aus dem mindestens einen Metall bildet). Der mit Wärme zu behandelnde Schichtenstapel kann ferner eine zweite Schicht über der ersten Schicht aufweisen, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweisen kann (z.B. ein Metall, wie zum Beispiel Cu oder Ta, z.B. ein Metallnitrid, wie zum Beispiel Titannitrid oder Siliciumnitrid), was die Kohlenstoffdiffusion verhindert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Diffusionssperrmaterial eine sehr geringe Fähigkeit zum Lösen von Kohlenstoff aufweisen oder kann Kohlenstoff überhaupt nicht lösen.
  • 1 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 100 zum Bearbeiten eines Trägers kann Folgendes aufweisen: bei 110: gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle und von Kohlenstoff (oder eines Kohlenstoff enthaltenden Materials) aus einer zweiten Quelle auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden, bei 120: Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und bei 130: Bilden einer Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers aus der ersten Schicht durch eine Temperaturbehandlung. Dadurch kann die zweite Schicht eine Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht in die zweite Schicht verhindern, oder die zweite Schicht kann eine Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht z.B. durch die zweite Schicht hindurch verhindern.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Abscheiden des mindestens einen Metalls ein erstes Gasphasenabscheidungsverfahren, und das Abscheiden des Kohlenstoffs kann ein zweites Gasphasenabscheidungsverfahren aufweisen, wobei das erste Gasphasenabscheidungsverfahren und das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren gleichzeitig und/oder abwechselnd ausgeführt werden, was als gemeinsames Abscheiden bezeichnet werden kann. Ein gemeinsames Abscheiden, wobei die mindestens zwei Abscheidungsprozesse abwechselnd ausgeführt werden können, kann das Bilden einer Mehrzahl von Metallschichten und einer Mehrzahl von Kohlenstoffschichten, die abwechselnd übereinander gestapelt sind, beinhalten.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht eine Mischung des abgeschiedenen, mindestens einen Metalls und des abgeschiedenen Kohlenstoffs und/oder eine feste Lösung des mindestens einen Metalls und des Kohlenstoffs aufweisen, z.B. eine interstitielle Legierung des mindestens einen Metalls, wobei mindestens ein Teil des abgeschiedenen Kohlenstoffs aufgelöst ist.
  • Die Verwendung zweier (z.B. separat gesteuerter) Abscheidungsprozesse zum Bilden der ersten Schicht kann das Steuern des Kohlenstoffgehalts in der ersten Schicht oder das Steuern der Menge des in der ersten Schicht vorgesehenen Kohlenstoffs zum Bilden der Graphen-Schicht während der anschließend ausgeführten Temperaturbehandlung erlauben. Eine Temperaturbehandlung (oder in anderen Worten eine Wärmebehandlung) kann auch als Tempern oder Temperung bezeichnet werden. Das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren zum Abscheiden des Kohlenstoffs kann konfiguriert sein, eine vordefinierte Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht vorzusehen. Die in der ersten Schicht vorgesehene, vordefinierte Menge von Kohlenstoff kann eine größere Löslichkeit von Kohlenstoff als in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht aufweisen. Anschaulich gesagt, kann unaufgelöster Kohlenstoff in der ersten Schicht enthalten sein. Dadurch bezieht sich die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht auf eine Temperatur von zum Beispiel 20 °C, 50 °C oder 100 °C. Weiterhin kann der Druck die Löslichkeit von zwei Festkörpern nicht wesentlich beeinflussen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Verwendung eines Abscheidungsprozesses, welcher nicht auf thermodynamischer Phasenbildung beruht, z.B. unter Verwendung von Sputtern oder gepulster Laserdeposition, es erlauben, mehr Kohlenstoff in die erste Schicht 204 einzubauen, als durch das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 aufgelöst werden kann, z.B. mindestens teilweise als Mischung.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden einer Graphen-Schicht eine bestimmte Anzahl von Kohlenstoffatomen erfordern (z.B. definiert durch die Gitterstruktur der Graphen-Lage), oder in anderen Worten, normiert auf die Oberfläche, kann das Bilden einer Graphen-Schicht eine vordefinierte minimale Kohlenstoffdosis in der ersten Schicht erfordern, bevor die Wärmebehandlung ausgeführt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abscheidungsprozess zum Abscheiden des Kohlenstoffs konfiguriert sein, eine Kohlenstoffdosis (in Atomen pro Quadratzentimeter, abgekürzt at/cm2) in der ersten Schicht vorzusehen, welche größer als etwa 1015 at/cm2 oder größer als etwa 3·1015 at/cm2 oder größer als etwa 6·1015 at/cm2 oder größer als etwa 1016 at/cm2 oder größer als etwa 5·1016 at/cm2 oder größer als etwa 1017 at/cm2 ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der zweite Abscheidungsprozess zum Abscheiden des Kohlenstoffs konfiguriert sein, eine Kohlenstoffdosis in der ersten Schicht im Bereich von etwa 1015 at/cm2 bis etwa 1017 at/cm2 vorzusehen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperaturbehandlung (oder in anderen Worten die Temperung) in Anwesenheit von Wasserstoff ausgeführt werden. Weiterhin kann Wasserstoff in die erste Schicht eingebracht werden, z.B. in das mindestens eine Metall der ersten Schicht oder in den Kohlenstoff der ersten Schicht, um während der Temperaturbehandlung Wasserstoff vorzusehen.
  • Das mindestens eine Metall der ersten Schicht kann ein katalytisches Metall sein, z.B. Ni, Co, Ir, Pt, W oder ein anderes katalytisches Metall, das zum Bilden der Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers durch Kohlenstoff-Abtrennung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht geeignet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die obere Schicht des Schichtenstapels, welcher der Wärmebehandlung (Temperaturbehandlung) unterworfen wird, die zweite Schicht mit dem Diffusionssperrmaterial sein. In anderen Worten kann optional eine weitere Metallschicht über der zweiten Schicht gebildet sein.
  • Weiterhin kann wegen des gemeinsamen Abscheidens der Kohlenstoff in der ersten Schicht und/oder in dem katalytischen Metall der ersten Schicht im Wesentlichen homogen verteilt sein. Ein gemeinsames Abscheiden kann zum Beispiel gemeinsames Sputtern oder gemeinsames Verdampfen einschließen. Alternativ kann der Kohlenstoff durch Ionenimplantation (vgl. 9) in die erste Schicht und/oder in das katalytische Metall der ersten Schicht eingebracht werden.
  • Die Wärmebehandlung (die Temperung) kann eine Diffusion des Kohlenstoffs innerhalb der ersten Schicht oder innerhalb des mindestens einen Metalls der ersten Schicht und in die erste Schicht oder in das mindestens eine Metall der ersten Schicht unterstützen. Die Wärmebehandlung kann zum Beispiel das Auflösen des Kohlenstoffs in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht unterstützen, z.B. falls der Kohlenstoff nicht bereits aufgelöst ist. Weiterhin kann z.B. während des Abkühlens Kohlenstoff aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht abgetrennt werden und kann eine Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers bilden. Die Graphen-Schicht kann eine Schnittstelle (oder Schnittstellenschicht) zwischen dem verbleibenden mindestens einen Metall der ersten Schicht und dem verbleibenden Diffusionssperrmaterial oberhalb der Graphen-Schicht und dem Träger unterhalb der Graphen-Schicht sein. Die Graphen-Schicht kann durch diffundierten Kohlenstoff gebildet sein. Weiterhin kann die Graphen-Schicht eine Graphen-Einfachschicht (in anderen Worten eine einzelne Graphen-Lage), eine Graphen-Doppelschicht (in anderen Worten zwei Graphen-Lagen übereinander in direktem physikalischen Kontakt miteinander gestapelt), eine Graphen-Dreifachschicht (in anderen Worten drei Graphen-Lagen übereinander in direktem physikalischen Kontakt miteinander gestapelt) oder eine Graphen-Mehrfachschicht mit mehr als drei Graphen-Lagen übereinander gestapelt aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung das Tempern des Trägers aufweisen, wobei eine oder mehrere über dem Träger gebildete Schichten ebenso wärmebehandelt werden können. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung das Tempern der einen oder mehreren über dem Träger gebildeten Schichten aufweisen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden einer Schicht, z.B. der zweiten Schicht oder der dritten Schicht, oder das Abscheiden eines Metalls, z.B. eines katalytischen Metalls, oder das Abscheiden von Kohlenstoff einen Schichtbildungsprozess aufweisen, wie er in der Halbleiterindustrie eingesetzt wird. Ein Abscheidungsprozess (z.B. die erste Gasphasenabscheidung und die zweite Gasphasenabscheidung, um die erste Schicht zu bilden, zum Beispiel mit einem gemeinsamen Abscheiden), wie hierin bezeichnet, kann einen chemischen Gasphasenabscheidung (CVD)-Prozess und/oder einen physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD)-Prozess aufweisen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein chemisches Gasphasenabscheidungsverfahren (CVD-Prozess) eine Vielzahl von Modifikationen aufweisen, wie zum Beispiel Atmosphärendruck-CVD (APCVD), Niederdruck-CVD (LPCVD), Ultrahochvakuum-CVD (UHVCVD), Plasma-Enhanced-CVD (PECVD), High-Density-Plasma-CVD (HDPCVD), Remote-Plasma-Enhanced-CVD (RPECVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Atomlagen-CVD (ALCVD), Gasphasenepitaxie (VPE), metallorganische CVD (MOCVD), hybrid-physikalische CVD (HPCVD) und dergleichen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Nickel, Cobalt, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Platin, Iridium, Kupfer, Gold, Silber, Tantal, Titannitrid, Siliciumnitrid und dergleichen unter Verwendung von LPCVD, ALD oder Atomlagen-CVD (oder unter Verwendung eines PVD-Prozesses) abgeschieden werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die physikalische Gasphasenabscheidung eine Vielzahl von Modifikationen aufweisen, zum Beispiel Sputtern oder Magnetronsputtern, Ionenstrahlsputtern (IBS), reaktives Sputtern, Hochenergieimpulsmagnetronsputtern (HIPIMS), Vakuumverdampfung, thermische Verdampfung, Molekularstrahlepitaxie (MBE), gepulste Laserdeposition und dergleichen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Träger (oder ein Substrat) oder eine über einem Träger gebildete Schicht unter Verwendung zum Beispiel eines lithographischen Prozesses (einschließlich Aufbringen eines Resists, Freilegen eines Resists und Entwickeln eines Resists) und eines Ätzprozesses (z.B. eines Nassätzprozesses unter Verwendung von Ätzchemie oder eines Trockenätzprozesses unter Verwendung von zum Beispiel Plasmaätzen, reaktivem Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen und dergleichen) strukturiert werden. Weiterhin kann die Strukturierung einer Schicht oder eines Trägers (eines Substrats) das Aufbringen einer Maskenschicht (z.B. einer Hartmaskenschicht oder einer Weichmaskenschicht), das Strukturieren der Maskenschicht und Freilegen der darunter befindlichen Schicht oder des Trägers und das selektive Ätzen der darunter befindlichen Schicht oder des Trägers einschließen. Weiterhin kann ein Strukturierungsprozess das Entfernen des Resists einschließen, z.B. nachdem der Ätzprozess ausgeführt worden ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Erwärmen eines Trägers (z.B. zum Ausführen einer Wärmebehandlung oder einer Temperung) oder das Erwärmen eines Schichtenstapels auf einem Träger unter Verwendung von direktem Kontakterwärmen, z.B. über eine heiße Platte, oder durch Strahlungserwärmen, z.B. über einen Laser oder über eine oder mehrere Lampen, ausgeführt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Wärmebehandlung unter Vakuumbedingungen unter Verwendung zum Beispiel eines Laserheizgeräts oder eines Lampenheizgeräts ausgeführt werden. Die Parameter der Wärmebehandlung können wie folgt sein: Erwärmungsrate (z.B. im Bereich von etwa 0,1 K/s bis etwa 50 K/s) und/oder Tempertemperatur (z.B. im Bereich von etwa 600 °C bis etwa 1100 °C, z.B. im Bereich von etwa 980 °C bis etwa 1000 °C) und/oder Temperdauer (z.B. im Bereich von etwa 1 min bis etwa 60 min) und/oder Kühlungsrate (z.B. im Bereich von etwa 0,1 K/s bis etwa 50 K/s) und/oder, falls der Temperungsprozess in einer Gasatmosphäre ausgeführt wird, chemische Zusammensetzung des Tempergases und Gasdruck des Tempergases. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann Argon oder ein anderes Edelgas verwendet werden, um eine Gasatmosphäre für die Wärmebehandlung vorzusehen, ebenso wie N2, H2, NH3 und/oder Mischungen von zwei oder mehreren dieser Gase.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein katalytisches Metall, wie hierin beschrieben, an der Bildung der Graphen-Schicht teilhaben, z.B. kann Nickel als katalytische Metallschicht das Bilden einer Graphen-Schicht an der Schnittstelle zwischen dem Träger und der katalytischen Metallschicht erlauben, wobei das katalytische Metall mit dem Kohlenstoff nicht primär chemisch reagieren kann. Als Beispiel kann für die Bearbeitung von Kohlenstoff ein entsprechendes katalytisches Metall jegliches Material sein, welches den Kohlenstoff bei hohen Temperaturen lösen kann, wobei bei Raumtemperatur keine stabile Phase mit dem Kohlenstoff und dem katalytischen Metall vorliegen kann, so dass der Kohlenstoff wieder aus dem katalytischen Metall abgetrennt werden kann.
  • 2A zeigt einen Träger 202 in verschiedenen Stufen gemäß verschiedenen Ausführungsformen während der Bearbeitung, z.B. während das Verfahren 100 ausgeführt wird. Der Träger 202 kann eine obere Oberfläche 202a aufweisen, auch bezeichnet als Haupt-Bearbeitungsfläche des Trägers 202. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger ein Wafer, ein Substrat oder ein anderer Typ von Träger sein, welcher für das Ausführen der betreffenden Schichtbildungsprozesse (110, 120) und der Temperaturbehandlung (130) des Verfahrens 100 geeignet ist, z.B. kann der Träger 202 ein beschichtetes Metallband oder ein bereits bearbeiteter Wafer sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 202 eine Dickenrichtung 201 senkrecht zur Haupt-Bearbeitungsfläche 202a des Trägers 202 aufweisen. Weiterhin kann in verschiedenen Ausführungsformen der Träger 202 aus einem dielektrischen Material (elektrisch isolierenden Material) hergestellt sein oder dieses enthalten, wie z.B. Siliciumoxid (SiO2), Siliciumnitrid (Si3N4), Siliciumcarbid (SiC), Aluminiumoxid (Al2O3), Bornitrid (BN), Hafniumoxid (HfO2) oder Zirconiumoxid (ZrO2).
  • Wie in 2A dargestellt, kann der Schichtenstapel 204, 206 über dem Träger 202 angeordnet werden, nachdem die Prozesse 110 und 120 des Verfahrens 100 ausgeführt worden sind, z.B. nachdem die erste Schicht 204 über dem Träger 202 gebildet worden ist, und nachdem die zweite Schicht 206 über der ersten Schicht 204 gebildet worden ist.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Oberfläche 202a des Trägers 202 (z.B. die Haupt-Bearbeitungsfläche 202a des Trägers 202) mindestens teilweise mit einer ersten Schicht 204 bedeckt sein (z.B. mit einer ersten katalytischen Metallschicht). Weiterhin kann die erste Schicht 204 in direktem Kontakt mit dem Träger stehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 204 über der ganzen Oberfläche 202a des Trägers 202 abgeschieden werden, z.B. unter Bedeckung eines Oberflächenbereichs des Trägers 202, der größer als mehrere Quadratmillimeter ist, z.B. unter Bedeckung eines Oberflächenbereichs des Trägers 202, der größer als mehrere Quadratzentimeter ist, z.B. unter Bedeckung eines Oberflächenbereichs des Trägers 202 im Bereich von etwa 1 mm2 bis etwa 2000 cm2, z.B. unter Bedeckung eines Oberflächenbereichs des Trägers 202 im Bereich von etwa 1 mm2 bis etwa 1000 cm2. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anwendung des Verfahrens 100, wie hierin beschrieben, nicht auf eine spezifische Größe des Trägers beschränkt sein, solange die Schichtbildungsprozesse und der Temperungsprozess durchgeführt werden können. Anschaulich gesagt, kann während der Temperaturbehandlung des Schichtenstapels 204, 206 eine Graphen-Schicht 208 über einem vollständigen Wafer 202 gebildet werden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 204 eine Dicke (z.B. entlang der Richtung 201) im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 100 nm aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 50 nm. Weiterhin kann die Metallschicht 204 mindestens ein Material aus der folgenden Gruppe von Materialien enthalten: ein Übergangsmetall, z.B. Nickel, Cobalt, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Platin, Iridium, oder ein anderes Material, welches das Lösen und Abtrennen des Kohlenstoffs erlauben kann, wie hierin beschrieben.
  • Der Träger 202 kann ein elektrisch isolierender Träger sein oder kann mindestens eine elektrisch isolierende Oberflächenschicht oder einen elektrisch isolierenden Oberflächenbereich enthalten. Der Träger 202 kann ein elektrisch leitender Träger sein, falls dies für eine spezifische Anwendung gewünscht ist. In anderen Worten, das Verfahren 100 wie hierin beschrieben muss nicht auf eine spezifische Art von Träger beschränkt sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 204 teilweise oder vollständig mit der zweiten Schicht 206 bedeckt sein. Weiterhin kann die zweite Schicht 206 in direktem Kontakt mit der ersten Schicht 204 stehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zweite Schicht 206 über der ganzen Oberfläche der ersten Schicht 204 abgeschieden sein. Daher kann die seitliche Ausdehnung (z.B. die Ausdehnung parallel zur Oberfläche 202a des Trägers 202) der zweiten Schicht 206 gleich der seitlichen Ausdehnung der ersten Schicht 204 sein.
  • Die zweite Schicht 206 kann eine Dicke im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 5 µm aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 1 µm. Weiterhin kann die zweite Schicht 206 mindestens ein Material aus der folgenden Gruppe von Materialien enthalten: ein Übergangsmetall, z.B. Kupfer, Tantal, oder ein Übergangsmetallnitrid, z.B. Titannitrid, oder ein Metalloidnitrid, z.B. Siliciumnitrid, oder ein anderes Material, welches das Lösen von Kohlenstoff nicht wesentlich erlauben kann. Anschaulich gesagt, kann die zweite Schicht 206 als Kohlenstoff-Diffusionssperre konfiguriert sein. Wie in 2A dargestellt, kann die zweite Schicht dicker als die erste Schicht sein.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Schichtenstapel 204, 206 im Wesentlichen nicht beeinflusst werden, während die Temperaturbehandlung 130 (in anderen Worten die Wärmebehandlung) des Verfahrens 100 ausgeführt wird, falls das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 und das Diffusionssperrmaterial nicht ineinander auflösbar sind. In diesem Fall kann während der Temperaturbehandlung 130 im Wesentlichen nur der Kohlenstoff diffundieren und kann die Graphen-Schicht 208 an der Oberfläche 202a des Trägers 202 bilden. Der Träger 202 und der Schichtenstapel 204, 206 (oder mindestens die erste Schicht 204) können mindestens einem Erwärmungsprozess unterworfen werden, wobei mindestens die erste Schicht 204 auf eine gewünschte Tempertemperatur erwärmt werden kann, und wobei mindestens die erste Schicht 204 der Erwärmung über eine gewünschte Temperdauer unterworfen werden kann, und wobei mindestens die erste Schicht 204 auf Raumtemperatur (z.B. 20 °C, 25 °C, 30 °C) abgekühlt werden kann.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann nach der Wärmebehandlung die Graphen-Schicht 208 mit einer Restschicht 212 bedeckt sein, die zum Beispiel mindestens das verbleibende Material der ersten Schicht 204 und der zweiten Schicht 206 (z.B. das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204, das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 und, z.B. falls nicht vollständig verbraucht, Kohlenstoff) enthält. Der Schichtenstapel 204, 206 kann während der Wärmebehandlung in die Graphen-Schicht 208 und in die die Graphen-Schicht 208 bedeckende Materialschicht 212 umgewandelt werden.
  • Wie in 2B dargestellt, kann die nach der Wärmebehandlung über der Graphen-Schicht 208 verbleibende Materialschicht 212 in einem anschließend ausgeführten Ätzprozess 240 (z.B. vollständig) entfernt werden (z.B. über eine Säure, z.B. über FeCl3). Alternativ kann die über der Graphen-Schicht 208 verbleibende Materialschicht 212 strukturiert werden, um eine Mehrzahl von Kontaktstellen zum elektrischen Kontaktieren der Graphen-Schicht 208 vorzusehen. In diesem Fall können das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 und das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 elektrisch leitend sein, z.B. auch nach der Temperaturbehandlung 130.
  • Wie in 2C dargestellt, kann der Träger 202 strukturiert werden, bevor die erste Schicht 204 und die zweite Schicht 206 über dem Träger 202 abgeschieden werden. Alternativ kann der Träger 202 eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweisen, die auf dem durch Anwendung des Verfahrens 100 mit einer Graphen-Schicht 208 zu bedeckenden Träger 202 vorgesehen sind.
  • Diverse Modifikationen und/oder Konfigurationen des Verfahrens 100 und Einzelheiten des über dem Träger 202 gebildeten Schichtenstapels zum Bilden der Graphen-Schicht 208 werden im Folgenden beschrieben, wobei die unter Bezug auf 1 und 2A bis 2C beschriebenen Merkmale und/oder Funktionalitäten analog eingeschlossen werden können. Weiterhin können die im Folgenden beschriebenen Merkmale und/oder Funktionalitäten im Verfahren 100 eingeschlossen werden oder können mit dem Verfahren 100 kombiniert werden, wie weiter oben unter Bezugnahme auf 1 und 2A bis 2C beschrieben wurde.
  • 3A zeigt einen Träger 202 in verschiedenen Stufen gemäß verschiedenen Ausführungsformen während der Bearbeitung, z.B. während das Verfahren 100 ausgeführt wird. Nachdem die erste Schicht 204 und die zweite Schicht 206 in den Prozessen 110, 120 des Verfahrens 100 gebildet worden sind, wird ein weiterer Prozess 350 ausgeführt, und der weitere Prozess 350 kann Folgendes aufweisen: Bilden einer dritten Schicht 306 über der zweiten Schicht 206, bevor die Temperaturbehandlung 130 ausgeführt wird. Die dritte Schicht 306 kann mindestens ein Metall enthalten, z.B. Ni, Co, Ir, Pt, W. Die dritte Schicht 306 kann ein katalytisches Metall enthalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die erste Schicht 204 ein Metall oder eine Metall-Legierung enthalten, und die dritte Schicht 306 kann das gleiche Metall oder die gleiche Metall-Legierung wie die erste Schicht 204 enthalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Schichtenstapel 204, 206, 306 im Wesentlichen nicht beeinflusst werden, während die Temperaturbehandlung 130 des Verfahrens 100 ausgeführt wird, falls das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204, das Diffusionssperrmaterial und das mindestens eine Metall der dritten Schicht 306 nicht ineinander auflösbar sind. In diesem Fall kann während der Temperaturbehandlung 130 im Wesentlichen nur der Kohlenstoff diffundieren und kann die Graphen-Schicht 208 an der Oberfläche 202a des Trägers 202 bilden.
  • Die dritte Schicht 306 kann eine Dicke im Bereich von etwa 2 nm bis etwa 5 µm aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 1 µm, z.B. im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 1 µm. Weiterhin kann die dritte Schicht 306 mindestens ein Material aus der folgenden Gruppe von Materialien enthalten: ein Übergangsmetall, z.B. Nickel, Cobalt, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Platin, Iridium. Die Dicke der dritten Schicht 306 kann größer als die Dicke der ersten Schicht 204 sein, z.B. kann das Verhältnis zwischen den Schichtdicken der dritten Schicht 306 und der ersten Schicht 204 größer als etwa 1, z.B. größer als etwa 1,5, z.B. größer als etwa 2, z.B. größer als etwa 4, z.B. im Bereich von etwa 1,5 bis etwa 20 sein. Daher kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Abtrennung von Kohlenstoff an der Oberfläche 202a des Trägers 202 stattfinden, da der Diffusionsabstand des Kohlenstoffs zu einer Oberfläche 306a der dritten Schicht 306 größer als der Diffusionsabstand des Kohlenstoffs zur Oberfläche 202a des Trägers 202 sein kann, und die Abtrennung kann im Allgemeinen entweder an der Oberfläche 306a der dritten Schicht 306 oder an der Oberfläche 202a des Trägers 202 stattfinden. Weiterhin kann die Diffusionssperrschicht 206 die Abtrennung von Kohlenstoff an der Oberfläche 202a des Trägers 202 unterstützen.
  • Weiterhin kann die über der Graphen-Schicht 208 nach der Wärmebehandlung 130 verbleibende Materialschicht 212 in einem anschließend ausgeführten Ätzprozess 240 (z.B. vollständig) entfernt werden. Alternativ kann die über der Graphen-Schicht 208 verbleibende Materialschicht 212 strukturiert werden, um eine Mehrzahl von Kontaktstellen zum elektrischen Kontaktieren der Graphen-Schicht 208 vorzusehen. In diesem Fall können das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 und das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 elektrisch leitend sein, z.B. auch nach der Temperaturbehandlung 130. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Entfernen der verbleibenden Materialschicht 212 oder das teilweise Entfernen (z.B. das Strukturieren) der verbleibenden Materialschicht 212 das Nassätzen oder Trockenätzen, z.B. Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen aufweisen.
  • Wie in 3B dargestellt, kann der Träger 202 strukturiert werden, bevor die erste Schicht 204, die zweite Schicht 206 und die dritte Schicht 306 über dem Träger 202 abgeschieden werden, wie bereits beschrieben. Alternativ kann der Träger 202 eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweisen, die auf dem durch Anwendung des Verfahrens 100 mit einer Graphen-Schicht 208 zu bedeckenden Träger 202 vorgesehen sind.
  • Im Folgenden, z.B. in 4A bis 4F und in 5A und 5B, wird ein Verfahren 100 zum Bearbeiten des Trägers 202 beschrieben, wobei die Diffusionssperrschicht 206 (bezeichnet als die zweite Schicht 206) in der ersten Schicht 204 oder in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 (vgl. 2A bis 2C) oder in der ersten Schicht 204 und in der dritten Schicht 306 oder in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 und in dem mindestens einen Metall der dritten Schicht 306 (vgl. 3A und 3B) aufgelöst werden kann. Anschaulich gesagt, kann das Diffusionssperrmaterial in dem katalytischen Material aufgelöst werden, was bei der Abtrennung und/oder der Diffusion von Kohlenstoff zur Oberfläche 202a oder zum Träger 202 unterstützen kann.
  • 4A zeigt einen Träger 202 in verschiedenen Stufen gemäß verschiedenen Ausführungsformen während der Bearbeitung, z.B. während das Verfahren 100 ausgeführt wird, wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 und das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 derart ausgewählt sind, dass während der Temperaturbehandlung 130 eine Legierung (z.B. eine feste Lösung) aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 und aus dem Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 gebildet wird. Die während der Temperaturbehandlung 130 gebildete Legierung kann als Legierungsschicht 412 über der Graphen-Schicht 208 angeordnet werden. Die Legierungsschicht 412 kann eine homogene Verteilung des mindestens einen Metalls der ersten Schicht 204 und des Diffusionssperrmaterials der zweiten Schicht 206 aufweisen oder nicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Löslichkeit von Kohlenstoff in der Legierung geringer als die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 sein. Dies kann die Abtrennung von Kohlenstoff an der Schnittstelle zum Träger 202 und daher die Bildung der Graphen-Schicht 208 unterstützen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, falls die erste Schicht 204 Kohlenstoff aufgelöst in Nickel enthält, und die zweite Schicht 206 Kupfer als Diffusionssperre enthält, während der Temperaturbehandlung 130 eine Nickel/Kupfer-Legierung gebildet werden, welche nicht in der Lage ist, die gleiche Konzentration von Kohlenstoff wie das Nickel der ersten Schicht 204 aufzulösen. In anderen Worten, die Nickel/Kupfer-Legierung kann eine kleinere Sättigungskonzentration (Löslichkeit) für Kohlenstoff als Nickel aufweisen.
  • Weiterhin kann die nach der Temperaturbehandlung 130 über der Graphen-Schicht 208 angeordnete Legierungsschicht 412 in einem anschließend ausgeführten Ätzprozess 240 (z.B. vollständig) entfernt werden, wie in 4B dargestellt. Alternativ kann die Legierungsschicht 412 über der Graphen-Schicht 208 strukturiert werden, um eine Mehrzahl von Kontaktstellen zum elektrischen Kontaktieren der Graphen-Schicht 208 vorzusehen. In diesem Fall kann das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204 und das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 elektrisch leitend sein, z.B. auch nach der Temperaturbehandlung 130. Anschaulich gesagt, kann die Legierung der Legierungsschicht 412 elektrisch leitend sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Entfernen der Legierungsschicht 412 oder das teilweise Entfernen (z.B. das Strukturieren) der Legierungsschicht 412 das Nassätzen oder Trockenätzen aufweisen, z.B. Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen.
  • Wie in 4C dargestellt, können die zweite Schicht 206 und die erste Schicht 204 strukturiert werden 460a, bevor die Temperaturbehandlung 130 ausgeführt wird, z.B. mittels Nassätzen oder Trockenätzen. Die Oberfläche 202a des Trägers 202 kann durch die Strukturierung 460a teilweise freigelegt werden. Nachdem die Temperaturbehandlung 130 ausgeführt worden ist, kann die Oberfläche 202a des Trägers 202 immer noch teilweise freigelegt werden. Anschaulich gesagt, kann eine strukturierte Legierungsschicht 414 und eine strukturierte Graphen-Schicht 208p durch die Temperaturbehandlung 130 gebildet werden. Nach der Strukturierung 460a kann die strukturierte Legierungsschicht 414 als elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der strukturierten Graphen-Schicht 208p verwendet werden. In diesem Fall wird die strukturierte Legierungsschicht 414 bei der weiteren Bearbeitung nicht vollständig entfernt.
  • Optional kann die strukturierte Graphen-Schicht 208p durch Entfernen 240 (z.B. Ätzen) der strukturierten Legierungsschicht 414 freigelegt werden. Anschaulich gesagt, kann eine strukturierte Graphen-Schicht 208p durch Strukturierung des Schichtenstapels 204, 206 vor der Temperaturbehandlung 130 vorgesehen werden.
  • Alternativ können, wie in 4D dargestellt, die Legierungsschicht 412 und die durch die Temperaturbehandlung 130 gebildete Graphen-Schicht 208 nach der Temperaturbehandlung 130 strukturiert werden 460b, z.B. durch Ätzen, z.B. durch einen oder mehrere Ätzprozesse. Nach der Strukturierung 460b kann die strukturierte Legierungsschicht 414 als elektrische Kontakte zum elektrischen Kontaktieren der strukturierten Graphen-Schicht 208p verwendet werden. In diesem Fall wird die strukturierte Legierungsschicht 414 bei der weiteren Bearbeitung nicht vollständig entfernt.
  • Optional kann die strukturierte Graphen-Schicht 208p durch Entfernen 240 (z.B. Ätzen) der strukturierten Legierungsschicht 414 freigelegt werden. Anschaulich gesagt, kann eine strukturierte Graphen-Schicht 208p durch Strukturierung der Legierungsschicht 412 und der Graphen-Schicht 208 nach der Temperaturbehandlung 130 vorgesehen werden.
  • In einer Ausführungsform, wie in 4E dargestellt, kann nur die Legierungsschicht 412 nach der Wärmebehandlung strukturiert werden 460b, um eine Graphen-Schicht 208 vorzusehen, die zum Beispiel von der strukturierten Legierungsschicht 414 elektrisch kontaktiert wird. Anschaulich gesagt, kann die Graphen-Schicht 208 durch Strukturierung der Legierungsschicht 412 teilweise freigelegt werden.
  • 4F stellt den Träger 202 in verschiedenen Stufen dar, während das Verfahren 100 ausgeführt wird, wobei der Träger 202 strukturiert wird, bevor das Verfahren 100 zum Bilden einer Graphen-Schicht 208 über der Oberfläche des strukturierten Trägers 202 angewandt wird, wie bereits beschrieben. Alternativ kann der Träger 202 eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweisen, die auf dem durch Anwendung des Verfahrens 100 mit einer Graphen-Schicht 208 zu bedeckenden Träger 202 vorgesehen sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die während der Wärmebehandlung über der Graphen-Schicht 208 gebildete Legierungsschicht 412 entfernt werden 240, z.B. vollständig oder teilweise, z.B. durch Ätzen.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, falls der Träger 202 strukturiert wird oder Strukturelemente an der Oberfläche 202a des Trägers 202 aufweist, die Graphen-Schicht 208 die Oberfläche 202a des Trägers 202 und/oder die Strukturelemente an der Oberfläche 202a des Trägers 202 konform bedecken. Wie zum Beispiel in 4D dargestellt, kann die über der Graphen-Schicht 208 angeordnete Legierungsschicht 412 als Hartmaske 414 für die Strukturierung der Graphen-Schicht 208 dienen. Die Hartmaske 414 kann durch Strukturierung der Legierungsschicht 412 vorgesehen werden.
  • 5A zeigt einen Träger 202 in verschiedenen Stufen gemäß verschiedenen Ausführungsformen während der Bearbeitung, z.B. während das Verfahren 100 ausgeführt wird, wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204, das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 und das mindestens eine Metall der dritten Schicht 306 derart ausgewählt sind, dass während der Temperaturbehandlung 130 eine Legierung (z.B. eine feste Lösung) aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204, aus dem Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 und aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht 306 gebildet wird. Die während der Temperaturbehandlung 130 gebildete Legierung kann als Legierungsschicht 412 über der Graphen-Schicht 208 angeordnet werden. Die Legierungsschicht 412 kann eine homogene Verteilung des mindestens einen Metalls der ersten Schicht 204, des Diffusionssperrmaterials der zweiten Schicht 206 und des mindestens einen Metalls der dritten Schicht 306 aufweisen oder nicht. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Löslichkeit von Kohlenstoff in der Legierung geringer als die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 sein. Dies kann die Abtrennung von Kohlenstoff an der Schnittstelle zum Träger 202 und daher die Bildung der Graphen-Schicht 208 unterstützen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, falls die erste Schicht 204 Kohlenstoff aufgelöst in Nickel enthält, die zweite Schicht 206 Kupfer als Diffusionssperre enthält, und die dritte Schicht Nickel (z.B. ohne Kohlenstoff) enthält, während der Temperaturbehandlung 130 eine Nickel/Kupfer Legierung gebildet werden, welche nicht in der Lage ist, die gleiche Konzentration von Kohlenstoff aufzulösen. In anderen Worten, die Nickel/Kupfer-Legierung kann eine kleinere Sättigungskonzentration (Löslichkeit) für Kohlenstoff als Nickel aufweisen.
  • Weiterhin kann die nach der Temperaturbehandlung 130 über der Graphen-Schicht 208 angeordnete Legierungsschicht 412 in einem anschließend ausgeführten Ätzprozess 240 (z.B. vollständig) entfernt werden, wie in 5B dargestellt. Alternativ kann die Legierungsschicht 412 über der Graphen-Schicht 208 strukturiert werden, um eine Mehrzahl von Kontaktstellen zum elektrischen Kontaktieren der Graphen-Schicht 208 vorzusehen, wie bereits beschrieben. In diesem Fall können das mindestens eine Metall der ersten Schicht 204, das Diffusionssperrmaterial der zweiten Schicht 206 und das mindestens eine Metall der dritten Schicht 306 elektrisch leitend sein, z.B. auch nach der Temperaturbehandlung 130. Anschaulich gesagt, kann die Legierungsschicht 412 elektrisch leitend sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Entfernen der Legierungsschicht 412 oder das teilweise Entfernen (z.B. das Strukturieren) der Legierungsschicht 412 das Nassätzen oder Trockenätzen aufweisen, z.B. Plasmaätzen oder reaktives Ionenätzen.
  • 5C stellt den Träger 202 in verschiedenen Stufen dar, während das Verfahren 100 ausgeführt wird, wobei der Träger 202 strukturiert wird, bevor das Verfahren 100 zum Bilden einer Graphen-Schicht 208 über der Oberfläche 202a des strukturierten Trägers 202 angewandt wird, wie bereits beschrieben. Alternativ kann der Träger 202 eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweisen, die auf dem durch Anwendung des Verfahrens 100 mit einer Graphen-Schicht 208 zu bedeckenden Träger 202 vorgesehen sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die während der Wärmebehandlung über der Graphen-Schicht 208 gebildete Legierungsschicht 412 entfernt werden 240, z.B. vollständig oder teilweise, z.B. durch Ätzen.
  • 6 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 600 zum Bearbeiten eines Trägers kann aufweisen: bei 610: Bilden einer ersten Schicht auf einer Oberfläche des Trägers, wobei die erste Schicht mindestens ein Metall und Kohlenstoff aufweist, bei 620: Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht ist, bei 630: Bilden einer dritten Schicht über der zweiten Schicht, wobei die dritte Schicht mindestens ein Metall aufweist, und wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht, das mindestens eine Metall der dritten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht, aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet werden kann, und bei 640: Bilden einer Graphen-Schicht an der Oberfläche des Trägers aus der ersten Schicht und Bilden einer Legierungsschicht über der Graphen-Schicht aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht, aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht und aus dem Diffusionssperrmaterial durch eine Temperaturbehandlung. Dadurch kann die zweite Schicht eine Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht in die zweite Schicht verhindern, oder die zweite Schicht kann ein Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht verhindern, z.B. durch die zweite Schicht hindurch.
  • 7A stellt den Träger 202 in verschiedenen Stufen gemäß verschiedenen Ausführungsformen dar, während das Verfahren 600 ausgeführt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der ersten Schicht 204 das Bilden einer ersten Metallschicht 704a und das Bilden einer Kohlenstoffquellenschicht 704b über der ersten Metallschicht 704a aufweisen. Nachdem die Prozesse 610, 620 und 630 des Verfahrens 600 ausgeführt worden sind, kann der über dem Träger 202 gebildete Schichtenstapel 704a, 704b, 206, 306 einer Temperaturbehandlung 640 unterworfen werden (analog zur Temperaturbehandlung 130, wie bereits beschrieben). Die nach der Temperaturbehandlung 640 über der Graphen-Schicht 208 angeordnete Legierungsschicht 412 kann anschließend strukturiert werden, wie bereits beschrieben.
  • 7B stellt den Träger 202 in verschiedenen Stufen dar, während das Verfahren 600 ausgeführt wird, wobei der Träger 202 strukturiert wird, bevor das Verfahren 600 zum Bilden einer Graphen-Schicht 208 über der Oberfläche 202a des strukturierten Trägers 202 angewandt wird, wie bereits beschrieben. Alternativ kann der Träger 202 eine Mehrzahl von Strukturelementen aufweisen, die auf dem durch Anwendung des Verfahrens 600 mit einer Graphen-Schicht 208 zu bedeckenden Träger 202 vorgesehen sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die über der Graphen-Schicht 208 während der Wärmebehandlung 640 gebildete Legierungsschicht 412 entfernt werden 240, z.B. vollständig oder teilweise, z.B. durch Ätzen.
  • Wie mit Bezug auf 7A und 7B beschrieben, kann die erste Metallschicht 704a (auch bezeichnet als erste katalytische Metallschicht 704a) ein erstes katalytisches Metall aufweisen oder daraus bestehen, z.B. Nickel, Cobalt, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Platin und/oder Iridium, und die über der ersten Metallschicht 704a angeordnete Quellenschicht 704b kann Kohlenstoff oder eine Kohlenstoff enthaltende Verbindung aufweisen, welche in der Lage ist, während der Temperaturbehandlung Kohlenstoff in die erste Metallschicht 704a zuzuführen. Die zweite Schicht 206 kann eine Kohlenstoff-Diffusionssperrschicht 206, wie bereits beschrieben, und die dritte Schicht 306 (auch bezeichnet als zweite katalytische Metallschicht 306) kann ein zweites katalytisches Metall, z.B. Nickel, Cobalt, Eisen, Ruthenium, Rhodium, Platin und/oder Iridium, aufweisen oder daraus bestehen. Die erste Metallschicht 704a und die zweite Metallschicht 704b können das gleiche Metall oder die gleiche Metall-Legierung aufweisen oder daraus bestehen, z.B. mindestens vor der Temperaturbehandlung 640.
  • Die erste Metallschicht 704a kann eine Dicke von etwa 20 nm (oder zum Beispiel eine Dicke im Bereich von etwa 5 nm bis etwa 100 nm) aufweisen und kann unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses abgeschieden werden. Die Kohlenstoffschicht 704b kann eine Dicke von etwa 1 nm (oder zum Beispiel eine Dicke im Bereich von etwa 0,2 nm bis etwa 10 nm) aufweisen und kann unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses abgeschieden werden. Die Kohlenstoffschicht 704b kann ferner eine gesteuerte Menge von Wasserstoff aufweisen, welche während der Abscheidung der Kohlenstoffschicht 704b oder in einem Hydrierungsprozess danach in die Kohlenstoffschicht 704b eingebracht werden kann. Die Kohlenstoffschicht 704b kann die Kohlenstoffquelle zum Bilden der Graphen-Lage 208 während der Wärmebehandlung 640 sein (in anderen Worten während des Temperungsprozesses). Weiterhin kann die Diffusionssperrschicht 206 über der Kohlenstoffschicht 704b abgeschieden werden. Die Diffusionssperrschicht 206 kann verhindern, dass Kohlenstoff aus der Kohlenstoffschicht 704b durch die zweite Metallschicht 306 hindurch diffundiert, und kann daher verhindern, dass der Kohlenstoff aus der Kohlenstoffschicht 704b an der Oberfläche 202a des Trägers 202 abgetrennt werden kann. Dies kann das Ausführen eines einfachen Ätzprozesses zum Entfernen des wärmebehandelten Schichtenstapels 412 (oder in anderen Worten der durch die Temperaturbehandlung 640 über der Graphen-Schicht 208 gebildeten Legierungsschicht 412) erlauben, um die Oberfläche 208a der Graphen-Schicht 208 freizulegen, z.B. teilweise oder vollständig.
  • Weiterhin kann die zweite Metallschicht 306 über der Diffusionssperrschicht 206 gebildet werden. Die zweite Metallschicht 306 kann eine Dicke von etwa 100 nm (oder zum Beispiel eine Dicke im Bereich von etwa 10 nm bis etwa 1000 nm) aufweisen und kann unter Verwendung eines CVD-Prozesses oder eines PVD-Prozesses abgeschieden werden.
  • Der Schichtenstapel, der z.B. die beiden Metallschichten 704a, 306, die Diffusionssperrschicht 206 und die zwischen der ersten Metallschicht 704a und der Diffusionssperrschicht 206 angeordnete Kohlenstoffschicht 704b aufweist, kann in einem Temperungsprozess 640 wärmebehandelt werden (auch bezeichnet als Wärmebehandlung oder Temperaturbehandlung). Der den Schichtenstapel 704a, 704b, 206, 306 aufweisende Träger 202 kann auf eine Tempertemperatur im Bereich von etwa 600 °C bis etwa 1100 °C mit einer Erwärmungsrate im Bereich von etwa 0,1 K/s bis etwa 50 K/s erwärmt werden. Die Temperdauer kann im Bereich von etwa 1 min bis etwa 60 min (oder auch länger als 60 min) betragen. Weiterhin kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen die Abkühlungsrate im Bereich von etwa 0,1 K/s bis etwa 50 K/s liegen.
  • Während des Temperungsprozesses, z.B. während des Prozesses 640 des Verfahrens 600, kann die Kohlenstoffschicht 704b aufgelöst werden, da der Kohlenstoff in die erste Metallschicht 704a diffundieren (oder dort gelöst werden) kann. Das katalytische Metall kann derart ausgewählt werden, dass das katalytische Metall keine stabile Phase mit dem Kohlenstoff bilden kann, z.B. mindestens in einer bestimmten Zusammensetzung und einem bestimmten Temperaturbereich. Daher kann der in der ersten Metallschicht 704a gelöste Kohlenstoff aus der ersten Metallschicht 704a abgetrennt werden, z.B. während des Erwärmens und/oder des Abkühlens des Trägers 202. Da der Kohlenstoff in die erste Metallschicht 704a nahe dem Träger 202 eingebracht werden kann, kann der Kohlenstoff ausschließlich an der Schnittstelle zwischen dem Träger 202 und der ersten Metallschicht 704a abgetrennt werden, z.B. an der Oberfläche 202a des Trägers 202. Der aus der ersten Metallschicht 704a abgetrennte Kohlenstoff kann während des Abkühlens die Graphen-Einfachschicht 208 bilden, z.B. die Graphen-Lage 208. Weiterhin kann der aus der ersten Metallschicht 704a abgetrennte Kohlenstoff während des Abkühlens eine Graphen-Doppelschicht 208 bilden, z.B. eine Graphen-Schicht 208 mit zwei aufeinander gestapelten Graphen-Einfachschichten. Weiterhin kann der aus der ersten Metallschicht 704a abgetrennte Kohlenstoff während des Abkühlens eine Graphen-Mehrfachschicht bilden, z.B. eine Graphen-Schicht 208 mit einer Vielzahl von aufeinander gestapelten Graphen-Einfachschichten. Weiterhin kann das Verfahren 600 das gesteuerte Wachstum einer Kohlenstoff-Einfachschicht, einer Kohlenstoff-Doppelschicht oder einer Kohlenstoff-Mehrfachschicht erlauben, je nach der Menge des vor der Temperaturbehandlung 640 in die Kohlenstoffschicht 704b oder während der Temperaturbehandlung 640 in die erste Metallschicht 704a oder während der Temperaturbehandlung 640 in die Graphen-Schicht 208 eingebrachten Wasserstoffs. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Einbringen von Wasserstoff in die Kohlenstoffschicht 704b während der Temperaturbehandlung 640 die Bildung einer Graphen-Einfachschicht 208 bewirken, wobei in Abwesenheit von Wasserstoff während der Temperaturbehandlung 640 eine Graphen-Doppelschicht 208 oder eine Graphen-Mehrfachschicht 208 gebildet werden kann.
  • Die Temperaturbehandlung 640 kann unter Vakuumbedingungen ausgeführt werden, z.B. in hohem Vakuum. Weiterhin kann während der Temperaturbehandlung 640 ein Tempergas verwendet werden, z.B. Argon (oder ein anderes inertes Gas), Stickstoff, Wasserstoff und/oder Ammoniak und dergleichen. Die Verwendung eines Prozessgases (oder eines Tempergases) kann das Einbringen von Wasserstoff in die Kohlenstoffschicht 704b oder in die während der Temperaturbehandlung 640 gebildete Graphen-Lage (Graphen-Schicht) 208 erlauben.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Vorsättigung des katalytischen Metalls mit Wasserstoff während der Temperaturbehandlung 640 die Bildung einer Graphen-Einfachschicht 208 bewirken, wobei eine Graphen-Mehrfachschicht 208 ohne eine Wasserstoff-Vorsättigung des katalytischen Metalls gebildet werden kann. Die Kohlenstoffschicht 704b kann unter Verwendung eines wasserstofffreien Kohlenstoff-PVD-Prozesses abgeschieden werden. Die Kohlenstoffschicht 704b kann unter Verwendung eines Kohlenstoff-PVD-, eines Plasma-Enhanced-CVD (PECVD)- oder eines thermischen CVD (LPCVD, APCVD)-Prozesses abgeschieden werden, was das Einbringen einer gesteuerten Menge von Wasserstoff in die Kohlenstoffschicht 704b erlauben kann.
  • Da der Kohlenstoff der Kohlenstoffschicht 704b die Graphen-Lage 208 an der Oberfläche 202a des Trägers 202 (während der Temperaturbehandlung 640 und/oder nach der Temperaturbehandlung 640) bilden kann, z.B. direkt auf dem Träger 202, kann die verbleibende Materialschicht 414 (oder in anderen Worten die verbleibende Legierungsschicht 412) in einem anschließend ausgeführten Ätzprozess 240 leicht entfernt werden.
  • Weiterhin kann unter Verwendung eines oder mehrerer konformer Abscheidungsprozesse, wie z.B. LPCVD oder ALD, der Schichtenstapel 704a, 704b, 206, 306 auch über einer oder mehreren dreidimensionalen Strukturen gebildet werden, z.B. über einem oder mehreren auf dem Träger angeordneten Strukturelementen, z.B. über einer oder mehreren Vertiefungen im Träger, wie zum Beispiel in 7B gezeigt. Daher kann das Verfahren 600 das Bilden einer Graphen-Einfachschicht, einer Graphen-Doppelschicht oder einer Graphen-Mehrfachschicht über einer oder mehreren dreidimensionalen Strukturen erlauben. Das Verfahren 600, wie hierin beschrieben, kann die Bildung einer Graphen-Lage 208 direkt auf einem Träger 202 erlauben, wie zum Beispiel in 7A und 7B gezeigt. Das Verfahren 600, wie hierin beschrieben, kann die Bildung einer Graphen-Lage 208 über eine asymmetrische Abtrennung von Kohlenstoff aus einer katalytischen Metallschicht erlauben, wobei der Kohlenstoff vorher in der katalytischen Metallschicht gelöst war. Wie hierin beschrieben, kann die Bildung von Graphen und/oder die Bildung einer oder mehrerer Metall-Carbidphasen innerhalb des verbleibenden Materials 212, 412 über der Graphen-Schicht 208 verhindert oder mindestens reduziert werden. Weiterhin kann das Steuern des Wasserstoffgehalts während des Temperungsprozesses oder während der Bildung der Kohlenstoffschicht 704b die Steuerung der Kohlenstoff-Abtrennung erlauben, wodurch eine Graphen-Einfachschicht, eine Graphen-Doppelschicht oder eine Graphen-Mehrfachschicht gebildet wird.
  • Die Graphen-Lage 208, wie hierin beschrieben, kann eine Strombelastbarkeit von bis zu 108 A/cm2 aufweisen, so dass eine sehr hohe Wärmeabgabe ohne Zerstörung der Graphen-Lage erzeugt werden kann. Graphen kann als Elektrode oder als Ladungsträgerstruktur verwendet werden, wobei das Verfahren 100, das Verfahren 600 und das Verfahren 800, wie hierin beschrieben (vgl. 1, 6 und 8), verwendet werden können, um eine konforme Graphen-Schicht über einer strukturierten Basisstruktur zu bilden.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers, wie hierin beschrieben, das Tempern eines Schichtenstapels aufweisen, wobei der Schichtenstapel eine Kohlenstoffquellenschicht 704b (z.B. mit Kohlenstoff als Quellenmaterial) und eine oder mehrere katalytische Metallschichten aufweist (wobei z.B. die eine oder die mehreren katalytischen Metallschichten ein katalytisches Metall mit Bezug auf den Kohlenstoff aufweisen), und wobei die Kohlenstoffquellenschicht 704b innerhalb des Schichtenstapels derart angeordnet sein kann, dass der Abstand der Kohlenstoffquellenschicht 704b von der Oberfläche 202a des Trägers 202 kleiner als der Abstand der Kohlenstoffquellenschicht 704b von der oberen Oberfläche des Schichtenstapels ist. Daher kann der aus der Quellenschicht 704b diffundierte oder aufgelöste Kohlenstoff während und/oder nach der Temperaturbehandlung derart asymmetrisch abgetrennt werden, dass Graphen an der Oberfläche 202a des Trägers 202 gebildet werden kann, wobei das Graphen eine Schnittstelle zwischen dem Träger 202 und dem verbleibenden (wärmebehandelten) Schichtenstapel 412 über dem Graphen bildet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Quellenschicht 704b, z.B. die Kohlenstoffschicht 704b der ersten Schicht 204, eine Dicke im Bereich von etwa 0,2 nm bis etwa 10 nm aufweisen, z.B. im Bereich von etwa 1 nm bis etwa 10 nm.
  • Der mit Wärme zu behandelnde Schichtenstapel kann zusätzliche Schichten, z.B. zusätzliche Schichten mit katalytischem Material, oder weitere Materialien aufweisen, die den Abtrennungs- und/oder Diffusionsprozess des Quellenmaterials beeinflussen, z.B. zusätzliche Sperrschichten oder Diffusionsschichten, welche bei der Diffusion des Quellenmaterials unterstützen oder diese steuern (nicht gezeigt).
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann, wie zum Beispiel in 7A und 7B dargestellt, ein Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers Folgendes aufweisen: Bilden einer ersten katalytischen Metallschicht 704a über einem Träger 202, Bilden einer Quellenschicht 704b über der ersten katalytischen Metallschicht 704a (wobei die Quellenschicht ein Quellenmaterial aufweist, z.B. Kohlenstoff), Bilden einer Diffusionssperrschicht 206 und/oder einer zweiten katalytischen Metallschicht 306 über der Quellenschicht 704b, wobei die Dicke der Diffusionssperrschicht 206 größer als die Dicke der ersten katalytischem Metallschicht 704a sein kann und/oder wobei die Dicke der zweiten katalytischen Metallschicht 306 größer als die Dicke der ersten katalytischen Metallschicht 704a sein kann, und anschließend Ausführen einer Temperung, um das Quellenmaterial der Quellenschicht zu diffundieren, dadurch Bilden einer Schicht aus dem diffundierten Material der Quellenschicht 704b benachbart zur Oberfläche 202a des Trägers 202.
  • Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren zum Bearbeiten eines Trägers ferner das Anpassen des Kohlenstoffgehalts in der ersten Schicht 204 oder analog das Anpassen der Dicke der Kohlenstoffquellenschicht 704b über der ersten Metallschicht 704a ebenso wie das Anpassen der Temperaturbehandlung aufweisen, so dass während der Temperaturbehandlung eine konforme Kohlenstoff-Einfachschicht 208 gebildet werden kann, wobei die Einfachschicht eine zweidimensionale Gitterstruktur aufweist.
  • 8 zeigt schematisch ein Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Bearbeiten eines Trägers gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Das Verfahren 800 zum Bearbeiten eines Trägers 202 kann Folgendes aufweisen: bei 810: Bilden einer ersten Schicht 204 auf einer Oberfläche 202a des Trägers 202, wobei die erste Schicht 204 mindestens ein Metall und Kohlenstoff aufweist, bei 820: Bilden einer zweiten Schicht 206 über der ersten Schicht 204, wobei die zweite Schicht 206 ein Diffusionssperrmaterial aufweist, wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist, und wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 und aus dem Diffusionssperrmaterial 206 gebildet werden kann, bei 830: Bilden einer Graphen-Schicht 208 aus der ersten Schicht 204 an der Oberfläche 202a des Trägers 202 und Bilden einer Legierungsschicht 412 aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht 204 und aus dem Diffusionssperrmaterial 206 über der Graphen-Schicht 208 durch eine Temperaturbehandlung, und bei 840: Strukturieren der Legierungsschicht 412, um eine Mehrzahl von elektrischen Kontakten auf der Graphen-Schicht zu bilden (vgl. zum Beispiel 4D und 4E).
  • 9 stellt ein Ionenimplantationsprofil 900 für Kohlenstoffionen dar, die in eine Nickel-Schicht 204 implantiert werden. Die Konzentration der implantierten Kohlenstoffionen 904 in Abhängigkeit von der entsprechenden Implantationstiefe 902 kann statistisch verteilt sein. Die Ionenimplantation kann verwendet werden, um Kohlenstoff in die erste Schicht 204 einzubringen, z.B. in eine Nickel-Schicht.

Claims (18)

  1. Verfahren (100) zum Bearbeiten eines Trägers, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: gemeinsames Abscheiden mindestens eines Metalls aus einer ersten Quelle durch ein erstes Gasphasenabscheidungsverfahren und von Kohlenstoff aus einer zweiten Quelle durch ein zweites Gasphasenabscheidungsverfahren auf einer Oberfläche des Trägers, um eine erste Schicht zu bilden (110), wobei das erste Gasphasenabscheidungsverfahren und das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren gleichzeitig ausgeführt werden und/oder abwechselnd derart ausgeführt werden, dass eine Mehrzahl von Metallschichten und eine Mehrzahl von Kohlenstoffschichten abwechselnd übereinandergestapelt werden, Bilden einer zweiten Schicht über der ersten Schicht, wobei die zweite Schicht ein Diffusionssperrmaterial aufweist, und wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem Diffusionssperrmaterial geringer als in dem mindestens einen Metall ist (120), und, anschließend, Bilden einer Graphen-Schicht (208) aus der ersten Schicht an der Oberfläche des Trägers durch eine Temperaturbehandlung (130).
  2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die zweite Schicht (206) eine Kohlenstoffdiffusion aus der ersten Schicht (204) in die zweite Schicht (206) verhindert.
  3. Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert ist, eine vordefinierte Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht (204) zu liefern.
  4. Verfahren (100) nach Anspruch 3, wobei die vordefinierte Menge von Kohlenstoff in der ersten Schicht (204) größer als die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht (204) ist.
  5. Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei die Löslichkeit von Kohlenstoff in dem mindestens einen Metall der ersten Schicht (204) sich auf eine Temperatur von 20 °C, 50 °C oder 100 °C bezieht.
  6. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das zweite Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert ist, eine Kohlenstoffdosis in der ersten Schicht (204) zu liefern, welche größer als 1015 at/cm2 ist.
  7. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Bilden der zweiten Schicht (120) ein drittes Gasphasenabscheidungsverfahren aufweist, wobei das dritte Gasphasenabscheidungsverfahren konfiguriert ist, eine Kohlenstoffdosis in der zweiten Schicht (206) zu liefern, welche geringer als 1015 at/cm2 ist.
  8. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Verfahren (100) ferner Folgendes aufweist: Bilden einer dritten Schicht (306) über der zweiten Schicht (206) vor der Temperaturbehandlung (130), wobei die dritte Schicht (306) mindestens ein Metall aufweist (350).
  9. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren (100) ferner Folgendes aufweist: Strukturieren des Trägers vor dem Bilden der ersten Schicht (204).
  10. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei das Verfahren (100) ferner Folgendes aufweist: Ausführen einer Strukturierung vor der Temperaturbehandlung (130), um die Oberfläche des Trägers (202a) teilweise freizulegen.
  11. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren (100) ferner Folgendes aufweist: Ausführen einer Strukturierung nach der Temperaturbehandlung (130), um die Graphen-Schicht (208) teilweise freizulegen.
  12. Verfahren (100) nach Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner Folgendes aufweist: Entfernen freigelegter Teile der Graphen-Schicht (208) nach der Strukturierung.
  13. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Temperaturbehandlung (130) in Anwesenheit von Wasserstoff ausgeführt wird.
  14. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht (204) und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass während der Temperaturbehandlung (130) eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht (204) und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet wird.
  15. Verfahren (100) nach Anspruch 8, wobei das mindestens eine Metall der ersten Schicht (204), das mindestens eine Metall der dritten Schicht (306) und das Diffusionssperrmaterial derart ausgewählt werden, dass während der Temperaturbehandlung (130) eine Legierung aus dem mindestens einen Metall der ersten Schicht (204), aus dem mindestens einen Metall der dritten Schicht (306) und aus dem Diffusionssperrmaterial gebildet wird.
  16. Verfahren (100) nach Anspruch 14, wobei das Bilden der ersten Schicht (204) das Abscheiden des mindestens einen Metalls und des Kohlenstoffs aus mindestens einem Sputtertarget durch Sputterabscheidung aufweist.
  17. Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die erste Schicht (204) eine Dicke in einem Bereich von 5 nm bis 100 nm aufweist, und/oder wobei die zweite Schicht (206) eine Dicke in einem Bereich von 2 nm bis 5 µm aufweist.
  18. Verfahren (100) nach Anspruch 8 oder 15, wobei die dritte Schicht (306) eine Dicke im Bereich von 10 nm bis 1000 nm aufweist.
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