JP2022549368A - リモートプラズマを用いる選択的グラフェン堆積 - Google Patents

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Abstract

【課題】【解決手段】グラフェンは、リモート水素プラズマ化学蒸着技術を用いて、基板の金属表面上に堆積される。グラフェンは、半導体処理用途に適した４００℃未満の温度で堆積されてよい。水素ラジカルは、反応チャンバの上流に設置されたリモートプラズマ源で生成され、炭化水素前駆体は、リモートプラズマ源から下流の反応チャンバに流される。炭化水素前駆体は、反応チャンバ内の基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる条件下で、水素ラジカルによって活性化される。【選択図】図２

Description

＜参照による援用＞
本願の一部として、本明細書と同時にＰＣＴ出願書が提出される。同時に出願されたＰＣＴ出願書に認められる利益または優先権を本願が主張する各出願は、その全てが全ての目的のために参照により本明細書に援用される。
グラフェンは、規則的な六角形パターンの単原子シートに原子が配列された炭素の同素体である。グラフェンは、他の良好な特性の中でも、その高い導電性、高い熱伝導性、優れた機械的強度および靱性、光透過性、ならびに高い電子移動性から、多くの分野および産業において注目を集めている。グラフェンへの関心は、半導体産業においても高まっている。
本明細書に記載の背景技術は、本開示の内容を一般的に提示するためである。現在名前が挙げられている発明者の発明は、本背景技術欄、および出願時の先行技術に該当しない説明の態様において記載される範囲で、本開示に対する先行技術として明示的にも黙示的にも認められない。
本明細書では、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法が提供される。この方法は、金属表面を備える基板を反応チャンバ内に提供する工程を含む。この方法はさらに、１または複数の炭化水素前駆体を反応チャンバの中に、基板に向けて流す工程と、１または複数の炭化水素前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において、水素原料ガスから水素のラジカルを生成する工程と、水素のラジカルを反応チャンバの中に、基板に向けて導入する工程と、を含み、水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体と反応して、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる。
いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体の各々は、アルケン基またはアルキン基を含む。１または複数の炭化水素前駆体の各々は、トルエン、ベンゼン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ペンタジエン、ヘキセン、アセチレン、プロピン、ブチン、またはペンチンを含んでよい。いくつかの実施形態では、基板に隣接する環境における全てまたは実質的に全ての水素のラジカルは、基底状態の水素のラジカルである。いくつかの実施形態では、基板の金属表面におけるグラフェン堆積の間、基板は約５００℃以下の温度に維持される。基板の金属表面におけるグラフェン堆積の間、基板は約２００℃～約４００℃の温度に維持されてよい。いくつかの実施形態では、この方法はさらに、金属表面上にグラフェンを堆積させる前に基板の金属表面を処理する工程を含み、金属表面を処理する工程は、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程を含む。いくつかの実施形態では、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程は、金属表面をリモート水素プラズマに曝露する工程を含む。いくつかの実施形態では、金属表面を処理する工程はさらに、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程を含む。いくつかの実施形態では、金属表面を処理する工程はさらに、少なくとも炭素含有原料ガスおよび窒素含有原料ガスから、シアノ系ラジカル種を含むプラズマを生成する工程を含み、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程は、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程の前または後に生じる。いくつかの実施形態では、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程は、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程と同時に起こり、シアノ系ラジカル種は、シアノ基を有する下流の炭素含有前駆体を還元ガス種のプラズマに曝露することにより生成され、還元ガス種のプラズマは、下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において生成される。いくつかの実施形態では、還元ガス種のプラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマであり、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程は、金属表面を還元ガス種および窒素含有剤のプラズマに曝露する工程と同時に起こり、シアノ系還元種は、下流の炭素含有前駆体を還元ガス種のプラズマに曝露することにより生成され、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマは、下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において生成される。いくつかの実施形態では、金属表面は、銅、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、金属表面上のグラフェンの厚さは、約５ｎｍ以下である。いくつかの実施形態では、基板は、半導体ウエハまたは半導電性ワークピースであり、基板の金属表面は、リモートプラズマ源に向いている。いくつかの実施形態では、グラフェンは、誘電材料または他の非金属材料に堆積することなく、基板の金属表面の金属上に選択的に堆積する条件下で堆積する。いくつかの実施形態では、この方法はさらに、基板の金属表面上のグラフェンを約２００℃～約４００℃の温度でアニーリングする工程を含む。
本明細書では、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させるための装置も提供される。この装置は、反応チャンバと、反応チャンバ内で金属表面を含む基板を支持するように構成された基板支持体と、反応チャンバ上流のリモートプラズマ源であって、基板の金属表面はリモートプラズマ源に向く、リモートプラズマ源と、リモートプラズマ源から下流の、反応チャンバ内の１または複数のガス出口と、を備える。この装置はさらに、１または複数のガス出口を通じて、１または複数の炭化水素前駆体を反応チャンバの中に基板に向けて流す動作と、リモートプラズマ源において水素原料ガスから水素のラジカルを生成する動作と、水素のラジカルを反応チャンバの中に基板に向けて導入する動作であって、水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体と反応して基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる、動作と、を実施するための命令が設定されたコントローラを備える。
いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体の各々は、アルケン基またはアルキン基を含む。いくつかの実施形態では、基板に隣接する環境における全てまたは実質的に全ての水素のラジカルは、基底状態の水素のラジカルである。いくつかの実施形態では、コントローラは、基板の金属表面におけるグラフェン堆積の間、基板を約５００℃以下の温度に維持する動作を実施するための命令が設定される。いくつかの実施形態では、コントローラはさらに、金属表面にグラフェンを堆積させる前に基板の金属表面を処理する動作であって、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露することにより実施される動作を実施するための命令が設定される。いくつかの実施形態では、基板の金属表面を処理するように設定されたコントローラはさらに、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露するように設定される。いくつかの実施形態では、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程は、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程と同時に起こり、シアノ系ラジカル種は、シアノ基を有する下流の炭素含有前駆体を還元ガス種のプラズマに曝露することにより生成され、還元ガス種のプラズマは、下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において生成される。いくつかの実施形態では、還元ガス種のプラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマであり、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程は、金属表面を還元ガス種および窒素含有剤のプラズマに曝露する工程と同時に起こり、シアノ系ラジカル種は、下流の炭素含有前駆体を還元ガス種のプラズマに曝露することにより生成され、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマは、下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において生成される。いくつかの実施形態では、金属表面は、銅、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはこれらの組み合わせを含む。いくつかの実施形態では、基板は、半導体ウエハまたは半導電性ワークピースである。
本明細書では、半導体デバイスも提供される。半導体デバイスは、感温性下地層を有する半導体基板を含み、感温性下地層は、感温性限界、および感温性下地層に堆積したグラフェン膜を有する。
いくつかの実施形態では、感温性下地層は、遷移金属を含む。いくつかの実施形態では、感温性限界は、約４００℃～約７００℃である。
本明細書では、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法も提供される。この方法は、金属表面を備える基板を反応チャンバ内に提供する工程と、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる工程とを含み、基板は堆積中に、約２００℃～約４００℃の温度で維持される。
いくつかの実施形態では、金属表面上にグラフェンを堆積させる工程は、金属表面をリモート水素プラズマに曝露する工程を含み、１または複数の炭化水素前駆体は、基板の金属表面に隣接する環境に提供される。いくつかの実施形態では、グラフェンは、基板の誘電材料または他の非金属材料に堆積することなく、基板の金属表面の金属上に選択的に堆積する。
本明細書では、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法も提供される。この方法は、金属表面を備える基板を反応チャンバ内に提供する工程と、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる前に金属表面を処理する工程であって、金属表面を処理する工程は、金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程と同時に、金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程を含む、工程と、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる工程と、を含む。
いくつかの実施形態では、基板は堆積中に、約２００℃～約４００℃の温度に維持される。いくつかの実施形態では、還元ガス種のプラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマであり、シアノ系ラジカル種は、下流の炭素含有前駆体を還元ガス種および窒素含有剤のプラズマに曝露することにより生成され、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマは、下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源で生成される。
いくつかの実施形態による、グラフェンが堆積した金属表面を有する例示的な基板の断面概略図。
いくつかの実施形態による、デュアルダマシン構造の例示的なグラフェンバリア層の断面概略図。
いくつかの実施形態による、リモートプラズマ源を備える例示的なプラズマ処理装置の概略図。
いくつかの実施形態による、例示的な単層グラフェンおよび多層グラフェンのラマンスペクトルを示すグラフ。
いくつかの実施形態による、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる例示的方法のフロー図。
本開示において、用語「半導体ウエハ」、「ウエハ」、「基板」、「ウエハ基板」、および「半製品集積回路」は、同義で用いられる。当業者は、用語「半製品集積回路」が、多くの段階の集積回路製造のいずれかの段階におけるシリコンウエハを意味しうることを理解するだろう。半導体デバイス産業で用いられるウエハまたは基板は通常、２００ｍｍ、３００ｍｍ、または４５０ｍｍの直径を有する。以下の発明を実施するための形態は、本開示がウエハ上で実施されることを前提とする。しかし、本開示はそれに限定されない。ワークピースは、様々な形状、サイズ、および材料を有してよい。半導体ウエハに加えて、本開示を利用しうる他のワークピースは、プリント回路基板などの様々な物品を含む。
半導体用途において大面積のグラフェン膜の合成に対する関心が高まっている。しかし、半導体集積に適した条件下での十分な数量のグラフェン製造に関して、多くの困難がある。多くの製造法は、微細な欠陥を伴うグラフェン成長の難しさによる低表面カバレッジに悩まされている。そのため、大面積のグラフェン膜、特に半導体ウエハ上に大面積グラフェン膜を製造するためのスケーラビリティは、特に問題となる。さらに、グラフェン膜は通常、熱化学蒸着（ＣＶＤ）によって成長する。熱ＣＶＤ法は一般に、大面積で高品質のグラフェンの合成に好まれる。しかし、グラフェンの熱ＣＶＤは、７００℃よりも高い温度（約８００℃～約１０００℃など）で実施されることが多く、半導体用途に適合しない。そのような高温下では、半導体および半導体ウエハ上の金属などの様々な材料が、物理的に損傷するだろう。
熱ＣＶＤは、グラフェンを堆積させる一般的な方法である。熱ＣＶＤプロセスは、適した基板上に安定した固体膜を形成するために、気体前駆体の活性化および化学反応という少なくとも２つの工程を含む。熱ＣＶＤにおいて、気体前駆体の活性化は、熱分解によって生じうる。高温において、炭化水素前駆体は熱分解し、基板表面上に吸着する。炭化水素ラジカルは化学反応性を有し、基板表面と相互に作用してよい。基板表面は、グラフェンの核生成および成長のための触媒として機能する金属表面であってよい。理論に制限されるものではないが、触媒金属表面は、炭素原子が他の炭素原子と結合することで、グラフェンの核生成および成長を促進できるように、炭化水素ラジカルを脱水素化してよい。銅などの様々な遷移金属は、グラフェンの核生成および成長のための触媒として認識されている。
炭化水素種の活性化およびグラフェンの成長は、温度およびグラフェンが成長する金属表面などの要素に依存しうる。加えて、グラフェンの成長は、金属表面上の炭素溶解性に依存しうる。金属が高い炭素溶解性を有する場合、炭素は金属においてより簡単に溶解し、金属表面上で析出する傾向がある。これは一般に、金属表面における複数の核生成サイトおよび予測不可能な数の分離した炭素のため、より均一性の少ないグラフェン層およびより微細構造の欠陥をもたらす。例えばニッケル基板は、高い炭素溶解性を有し、通常、複数層の低品質のグラフェンまたは不規則な炭素をもたらす。金属が低い炭素溶解性を有する場合は、炭素は金属において溶解しにくく、金属表面における広範囲の炭素吸着原子の表面移動、およびバルク金属への最小拡散をもたらす。これは一般に、より制御された成長であるため、より均一なグラフェン層およびより少ない微細構造の欠陥につながる。例えば、銅基板は低い炭素溶解性を有し、高品質グラフェンのエピタキシャル成長をもたらす。高品質グラフェンは、単層、二層、または複数層のグラフェン膜として成長してよい。
プラズマ強化化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）は、グラフェンを堆積させる別の方法である。熱ＣＶＤは、熱分解によって炭化水素前駆体を活性化したが、ＰＥＣＶＤ法では、プラズマによって生成された励起電子が炭化水素前駆体のイオン化、励起、および電離を引き起こす。プラズマは、ｉｎ－ｓｉｔｕで、または遠隔的に形成されてよい。通常、炭化水素前駆体（例えば、メタン）はプラズマで活性化され、基板がプラズマに曝露される。プラズマは、高周波（ＲＦ）プラズマ源、マイクロ波（ＭＷ）プラズマ源、表面波（ＳＷ）プラズマ源、またはリモートプラズマ源を用いて生成されてよい。例として、反応チャンバに水素分子およびメタンガスが導入され、直接ＲＦプラズマが点火されて、基板上のグラフェン成長を促進してよい。ＰＥＣＶＤについて、いくつかのＰＥＣＶＤ法におけるグラフェン成長は、熱ＣＶＤ法よりも低い温度で実施されてよく、その温度は、約４００℃～約６００℃であってよい。また、いくつかのＰＥＣＶＤ法におけるグラフェン成長は、誘電材料などの非金属基板上で実現されてよい。つまり、プラズマによる方法は、金属触媒なしでグラフェンを堆積させてよい。プラズマによる方法は、金属触媒支援なしの低温でグラフェンを堆積できるが、多くのプラズマによる方法は、大面積で高品質のグラフェンを堆積させるという課題に直面する。
リモート水素プラズマを用いるグラフェン堆積
図１Ａは、いくつかの実施形態による、グラフェンが堆積した金属表面を有する例示的な基板の断面概略図を表す。基板１００は、あらゆるウエハ、半導体ウエハ、半製品集積回路、プリント回路基板、表示画面、または他の適したワークピースでありうる。いくつかの実施形態では、基板１００は、シリコン（Ｓｉ）基板などの半導体基板である。基板１００は、金属表面１０１を備えうる。下記のように、金属表面１０１は、感温性下地層とも呼ばれうる。いくつかの実施形態では、金属表面１０１は、遷移金属などの任意の適した金属を含みうる。例えば、金属表面１０１は、銅（Ｃｕ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、コバルト（Ｃｏ）、またはこれらの組み合わせを含みうる。グラフェン膜１０２は、金属表面１０１の上に堆積できる。
本開示では、基板１００の金属表面１０１におけるグラフェン膜１０２の堆積は、リモート水素プラズマＣＶＤによって実現されてよい。リモート水素プラズマＣＶＤ法は、バックエンドライン（ＢＥＯＬ）半導体処理などの半導体処理に適合した低温でグラフェン膜１０２を堆積させてよい。いくつかの実施形態では、グラフェン膜１０２は、約５００℃未満、約４５０℃未満、約４００℃未満、約３５０℃未満、約３００℃未満、または約２００℃～約４００℃の温度で堆積されてよい。以下に説明されるように、炭化水素前駆体は、基板１００の金属表面１０１に流され、炭化水素前駆体流の上流のリモートプラズマ源において水素ラジカルが生成される。水素ラジカルは、炭化水素前駆体と相互作用してリモートプラズマ源から下流の炭化水素前駆体を活性化し、活性化した炭化水素前駆体は、金属表面１０１と相互作用してグラフェン膜１０２を堆積させる。いくつかの実施形態では、炭化水素前駆体はアルケン基またはアルキン基を含む。
本開示のいくつかの実施形態では、基板１００は、感温性下地層１０１を備えうる。感温性下地層１０１は、感温性限界を有してよい。感温性下地層１０１の感温性限界を超えると、感温性下地層１０１は融解する、またはそうでなければ物理的に損傷する。感温性限界は、感温性下地層１０１の多くの材料について約４００℃～約７００℃であってよい。熱ＣＶＤ法および多くの従来のプラズマによるＣＶＤ法は、感温性下地層１０１の感温性限界を超える。感温性下地層１０１の例は、銅、コバルト、およびルテニウムなどの遷移金属を含みうる。本開示では、感温性下地層１０１の上にグラフェン膜１０２が堆積される。いくつかの実施形態では、グラフェン膜１０２は、感温性下地層１０１を融解しない、または物理的に損傷しない十分な低温で堆積される。基板１００は、半導体ウエハまたは半導体ワークピースであってよい。よって、グラフェン膜１０２は、完全ウエハレベルで基板１００に大面積グラフェン膜として堆積されてよい。
グラフェンの合成に用いられる多くの従来のプラズマによるＣＶＤ法は、アルカン類（例えば、メタン）である炭化水素を活性化する。様々な従来のプラズマによるＣＶＤ法が用いられるときは、グラフェン堆積は必ずしも選択的でなく、金属、誘電体、および他の材料に堆積してよい。さらに、多くの従来のプラズマによるＣＶＤ法は、炭化水素前駆体でプラズマを点火することにより炭素ラジカルを生成する。プラズマがｉｎ－ｓｉｔｕで生成されるか遠隔的に生成されるかにかかわらず、基板は次に、炭素ラジカルを含むプラズマに曝露される。文中の用語「リモート」は一般に、基板がプラズマから遠く離れていることを意味する。前駆体ガス自体は通常、プラズマ発生領域に導入される。いくつかの例では、金属箔（例えば、銅箔）の表側はリモートプラズマ源に面し、プラズマ曝露中により多くの励起イオン／ラジカルに曝露されるため、リモートプラズマによるＣＶＤ法は、金属箔の裏側にグラフェンを堆積させる。表側での直接プラズマ曝露は、膜品質に悪影響を及ぼし、一般により多くの不規則な炭素成長をもたらす。従って、多くの従来のプラズマによるＣＶＤ法は、完全ウエハ堆積のための高品質なグラフェンを成長させることができない。
従来のプラズマによるＣＶＤ法に対して、本開示のリモート水素プラズマＣＶＤ法は、完全ウエハレベルで高品質のグラフェンを合成する。本明細書で用いられる「リモートプラズマ」は、プラズマ生成が基板から離れた場所で起こるプラズマである。ここで、本開示のリモート水素プラズマは水素ラジカルを含むが、炭素ラジカルを含まない。代わりに炭素ラジカルは、リモートプラズマ源から下流で生成される。これは、本開示の「リモートプラズマ」において、プラズマ発生領域に前駆体ガスが導入されないことを意味する。炭化水素前駆体は、反応チャンバに独立して流され、リモートプラズマ源から生成された水素ラジカルによって活性化される。また、炭素ラジカルは、アルケン基またはアルキン基を含む炭化水素前駆体から生成される。実際に、アルカン類（例えば、メタン）である炭化水素前駆体は、本開示では堆積しない。本開示のリモート水素プラズマＣＶＤ法を用いるときは、グラフェン堆積は、金属表面上に選択的に堆積する。グラフェンは、本開示では誘電体表面または他の非金属表面には堆積しない。
従来の熱ＣＶＤ法に対して、本開示のリモート水素プラズマＣＶＤ法は、半導体用途に適した低温で高品質のグラフェン膜を堆積させることができる。例えば、高品質グラフェン膜は、ダマシン構造またはデュアルダマシン構造において効果的なバリア層として機能できる。さらに、高品質グラフェンは、金属表面上のキャップ層として機能し、表面散乱を低減することにより抵抗を低減できる。しかし、高品質グラフェン膜は、多くの産業用途で用いられてよいことが理解されるだろう。
図１Ｂは、いくつかの実施形態による、デュアルダマシン構造における例示的なグラフェンバリア層の断面概略図を表す。基板１１０は、トレンチおよびビア１２０が形成された誘電体層１４０を備えてよい。ビア１２０は、下方金属線１３０と上方金属線１５０との間に電気相互接続を提供してよい。基板１１０は、半導体基板であってよい。ビア１２０は、誘電体層１４０を介して凹部をエッチングし、銅などの金属で凹部を充填することにより形成されてよい。グラフェンバリア層１２２は、ビア１２０と誘電体層１４０との間に形成、設置、または位置決めされてよい。グラフェンバリア層１２２は、金属の拡散から誘電体層１４０および下にあるアクティブデバイスを保護するための効果的な拡散バリア層として機能してよい。そのためグラフェンバリア層１２２は、電流による金属原子のエレクトロマイグレーション、および、誘電体層１４０および下にあるアクティブデバイスへの金属原子の拡散を制限してよい。グラフェンバリア層１２２の導電性特性は、散乱性の低減により、下方金属線１３０および上方金属線１５０を含むビア１２０に接続した金属線の有効抵抗を低下させてもよい。グラフェンバリア層１２２は、本明細書に記載のリモート水素プラズマＣＶＤ法を用いて堆積されてよい。
上記の説明は、グラフェンを拡散バリア層として用いることに関するが、グラフェンは、その代わりにキャップ層として用いられてもよい。そのような例では、グラフェン膜は、上方金属線１５０の上に堆積されてよい。グラフェンは、本開示で説明された方法を用いて金属表面上に選択的に堆積されてよく、いくつかの実施形態では、グラフェンは上方金属線１５０の上のキャップ層である。
本開示の一態様は、本明細書に記載のグラフェン堆積法を実現するように構成された装置である。適した装置は、プロセス動作を実現するためのハードウェアと、本開示によりプロセス動作を制御するための命令を有するシステムコントローラとを備える。いくつかの実施形態では、前記のプロセス動作を実施するための装置は、リモートプラズマ源を備えうる。リモートプラズマ源は、直接プラズマよりも穏和な反応条件を提供する。適したリモートプラズマ装置の例は、２０１３年１０月２４日出願の米国特許出願第１４／０６２，６４８号に記載され、その全てが全ての目的のために本明細書において参照により援用される。
図２は、いくつかの実施形態による、リモートプラズマ源を備える例示的なプラズマ処理装置の概略図を表す。プラズマ処理装置２００は、反応チャンバ２０４と分離したリモートプラズマ源２０２を備える。リモートプラズマ源２０２は、マルチポートガス分配器とも呼ばれうるシャワーヘッド２０６を介して、反応チャンバ２０４と流体接続されている。ラジカル種は、リモートプラズマ源２０２で生成され、反応チャンバ２０４に供給される。１または複数の炭化水素前駆体は、リモートプラズマ源２０２から下流およびシャワーヘッド２０６から下流の反応チャンバ２０４に供給される。１または複数の炭化水素前駆体は、反応チャンバ２０４の化学蒸着区域２０８においてラジカル種と反応して、基板２１２の表面上にグラフェン膜を堆積させる。化学蒸着区域２０８は、基板２１２の表面に隣接する環境を含み、基板２１２の表面は、リモートプラズマ源２０２に面する。
基板２１２は、基板支持体または台座２１４の上に支持される。台座２１４は、化学蒸着区域２０８内で基板２１２を位置決めするために、反応チャンバ２０４内を移動してよい。図２に示された実施形態では、台座２１４は、化学蒸着区域２０８内で基板２１０を持ち上げた状態で示されている。台座２１４は、いくつかの実施形態では基板２１２の温度を調節してもよく、基板２１２における熱活性型表面反応のいくらか選択的な制御を提供できる。
図２は、外壁（例えば、石英ドーム）を備えるリモートプラズマ源２０２の周りに配置されたコイル２１８を示す。コイル２１８は、誘電結合プラズマ生成によりプラズマ領域２２４内でプラズマを生成および維持するために用いられうるプラズマ発生器制御装置２２２に電気接続されている。いくつかの実施形態では、プラズマ発生器制御装置２２２は、コイル２１８に電力を供給するための電源を備えてよく、プラズマ生成中の電力は、約１～６キロワット（ｋＷ）でありうる。いくつかの実施形態では、誘電結合プラズマ生成ではなく、プラズマ励起によって継続したラジカルの供給を生成するために、平行板用の電極もしくはアンテナ、または、容量結合プラズマ生成が用いられてよい。プラズマ領域２２４においてプラズマを点火および維持するのに用いられる機構にかかわらず、ラジカル種は成膜の間、プラズマ励起を用いて連続的に生成されてよい。いくつかの実施形態では、水素ラジカルは、定常状態の成膜の間、ほぼ定常状態の条件下で生成されるが、成膜の開始および終了時に過渡事象が生じてよい。
水素ラジカルの供給は、水素ガスまたは他の原料ガスがリモートプラズマ源２０２に供給されている間、プラズマ領域２２４内で連続的に生成されてよい。リモートプラズマ源２０２では、励起水素ラジカルが生成されてよい。励起水素ラジカルは、エネルギによって再励起もしくは再供給されない場合、または他のラジカルと再結合されない場合は、そのエネルギを失う、または緩和する。そのため、励起水素ラジカルは緩和して、かなりの低エネルギ状態または基底状態の水素ラジカルを形成してよい。かなりの低エネルギ状態または基底状態の水素ラジカル。
水素ガス（Ｈ2）または他の原料ガスは、１または複数の追加ガスによって希釈されてよい。これらの１または複数の追加ガスは、リモートプラズマ源２０２に供給されてよい。いくつかの実施形態では、水素ガスまたは他の原料ガスは、キャリアガスを含みうる１または複数の追加ガスと混合されて、ガス混合物を形成する。追加ガスの非限定的な例は、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、および窒素（Ｎ2）を含みうる。１または複数の追加ガスは、リモートプラズマ源２０２内の定常状態のプラズマ条件を支持もしくは固定してよい、または、過渡プラズマの点火プロセスまたは消弧プロセスを支援してよい。いくつかの実施形態では、例えばヘリウムによって水素ガスまたは他の原料ガスを希釈することで、同時に起こるプラズマ着火なしでより高い全圧が可能になってよい。言い換えると、水素ガスとヘリウムとの希釈ガス混合物は、リモートプラズマ源２０２へのプラズマ電力を増加させることなく、より高い全ガス圧を可能にしてよい。特定の実施形態では、水素ガスは、ヘリウムなどのキャリアに提供される。例として、水素ガスは、約１～２５％の水素または約１～１０％の水素の濃度でヘリウムキャリアに提供されてよい。
図２に示されたように、原料ガス源２２６は、水素ガスまたは原料ガスを供給するためにリモートプラズマ源２０２と流体接続されている。加えて、追加ガス源２２８は、１または複数の追加ガスを供給するためにリモートプラズマ源２０２と流体接続されている。１または複数の追加ガスは、共反応ガスを含んでもよい。図２の実施形態は、原料ガスと１または複数の追加ガスとのガス混合物が別々のガス出口を通じて導入されている状態を表すが、ガス混合物は、リモートプラズマ源２０２に直接導入されてよいことが理解されるだろう。つまり、予混合された希釈ガス混合物が、１つのガス出口を通じてリモートプラズマ源２０２に供給されてよい。
励起水素、ヘリウムラジカル、および緩和ガス／ラジカルなどのガスは、リモートプラズマ源２０２からシャワーヘッド２０６を通って反応チャンバ２０４に流れる。シャワーヘッド２０６および反応チャンバ２０４内のガスは一般に、継続的なプラズマ励起に曝されない。いくつかの実施形態では、シャワーヘッド２０６は、イオンフィルタおよび／または光子フィルタを備える。イオンおよび／または光子のフィルタリングは、反応チャンバ２０４内の基板損傷、望ましくない分子の再励起、および／または、炭化水素前駆体の選択的着火もしくは分解を低減してよい。シャワーヘッド２０６は、反応チャンバ２０４にガス流を拡散するために複数のガスポート２３４を有してよい。いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４は、互いに離隔してよい。いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４は、リモートプラズマ源２０２と反応チャンバ２０４とを分離するプレートを貫通して延びる、一定間隔で離隔した流路またはスルーホールの配列として配置されてよい。複数のガスポート２３４は、リモートプラズマ源２０２から反応チャンバ２０４に励起ラジカルを円滑に分配および拡散してよい。
一般的なリモートプラズマ源は、反応槽から遠く離れている。その結果、例えば壁衝突事象による、ラジカルの消失および再結合は、大幅に活性種を減少させてよい。一方で、いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４の寸法は、一般的な処理条件下における平均自由行程またはガス流滞留時間の観点から、反応チャンバ２０４へのラジカルの自由通行を助けるように構成されてよい。いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４の開口は、シャワーヘッド２０６の露出表面積の約５％～約２０％を占めてよい。いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４は各々、約３：１～１０：１または約６：１～約８：１の軸長さ対直径比を有してよい。かかるアスペクト比は、励起状態のラジカル種のほとんどが基底状態のラジカル種に緩和するのに十分な時間を提供しながら、複数のガスポート２３４を通るラジカル種の壁衝突頻度を低減してよい。いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４の寸法は、シャワーヘッド２０６を通るガスの滞留時間が、励起状態のラジカル種の一般的な励起緩和時間よりも長くなるように構成されてよい。水素原料ガスの励起状態のラジカル種は、図２において・Ｈ＊で示され、水素原料ガスの基底状態のラジカル種は、図２において・Ｈで示されてよい。
いくつかの実施形態では、複数のガスポート２３４から出た励起状態のラジカル種は、反応チャンバ２０４の内部に含まれた緩和領域２３８に流れてよい。緩和領域２３８は、化学蒸着領域２０８の上流だがシャワーヘッド２０６の下流に位置する。シャワーヘッド２０６から出た励起状態のラジカル種の実質的に全てまたは少なくとも９０％は、緩和領域２３８において緩和状態のラジカル種に転換するだろう。言い換えると、緩和領域２３８に入るほとんど全ての励起状態のラジカル種（例えば、励起水素ラジカル）は、緩和領域２３８から出る前に緩和状態のラジカル種（例えば、基底状態の水素ラジカル）に減勢される、または転換する。いくつかの実施形態では、緩和領域２３８の処理条件または形状は、緩和領域２３８を通って流れるラジカル種の滞留時間（例えば、平均自由行程および平均分子速度によって決定される時間）が、緩和領域２３８から流れ出る緩和状態のラジカル種をもたらすように構成されてよい。
シャワーヘッド２０６から緩和領域２３８へのラジカル種の供給によって、１または複数の炭化水素前駆体が化学蒸着領域２０８に導入されてよい。１または複数の炭化水素前駆体は、ガス分配器またはガス出口２４２を通じて導入されてよく、ガス出口２４２は、前駆体供給源２４０と流体接続されてよい。緩和領域２３８は、シャワーヘッド２０６とガス出口２４２との間の空間に含まれてよい。ガス出口２４２は、１または複数の炭化水素前駆体流が緩和領域２３８から流れるガス混合物と平行方向に導入されるように、互いに離隔した開口を備えてよい。ガス出口２４２は、シャワーヘッド２０６および緩和領域２３８から下流に設置されてよい。ガス出口２４２は、化学蒸着領域２０８および基板２１２から上流に設置されてよい。化学蒸着領域２０８は、反応チャンバ２０４の内部の、ガス出口２４２と基板２１２との間に設置される。
実質的に全ての１または複数の炭化水素前駆体流は、シャワーヘッド２０６に隣接する励起状態のラジカル種との混合を阻止されてよい。緩和状態または基底状態のラジカル種は、基板２１２に隣接する領域において１または複数の炭化水素前駆体と混合する。化学蒸着領域２０８は、緩和状態または基底状態のラジカル種が１または複数の炭化水素前駆体と混合する、基板２１２に隣接する領域を含む。緩和状態または基底状態のラジカル種は、グラフェンのＣＶＤ形成の間、気相の１または複数の炭化水素前駆体と混合する。
いくつかの実施形態では、共反応物がシャワーヘッド２０６から導入され、リモートプラズマ源２０２で生成されたラジカル種と共に反応チャンバ２０４に流されてよい。これは、リモートプラズマ源２０２に提供された共反応ガスのラジカルおよび／またはイオンを含んでよい。共反応物は、追加のガス源２２８から供給されてよい。いくつかの実施形態では、共反応物は、窒素ガス（Ｎ2）などの窒素含有剤を含んでよい。例えば、窒素のラジカルおよび／またはイオンが生成され、基板２１２の金属表面の前処理中に水素のラジカル種と共に流されてよい。
ガス出口２４２は、１または複数の炭化水素前駆体の逆拡散または逆流を防ぐのに十分な距離だけシャワーヘッド２０６から離れてよい。これにより、水素のラジカル種が励起状態から緩和状態（例えば、基底状態）に転換するのに十分な時間を与えることができる。いくつかの実施形態では、ガス出口２４２は、複数のガスポート２３４から、約０．５インチ（約１．２７センチメートル）～約５インチ（約１２．７センチメートル）、または約１．５インチ（約３．８１センチメートル）～約４．５インチ（約１１．４３センチメートル）、または約１．５インチ～約３インチ（約７．６２センチメートル）の距離だけ離れてよい。
処理ガスは、ポンプ（図示せず）に流体接続された流出口２４８を通じて反応チャンバ２０４から除去されてよい。そのように、過剰な炭化水素前駆体、共反応物、ラジカル種、希釈剤、および排気ガスまたはパージガスは、反応チャンバ２０４から除去されてよい。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、プラズマ処理装置２００と動作連通する。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、データシステム２５４（例えば、メモリ）に保持された命令を実行するように構成されたプロセッサシステム２５２（例えば、マイクロプロセッサ）を備える。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、プラズマパラメータおよび／または条件を制御するためにプラズマ発生器制御装置２２２と連通されてよい。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、台座の上昇および温度を制御するために台座２１４と連通されてよい。いくつかの実施形態では、システムコントローラ２５０は、他の処理条件（中でも、ＲＦ電力設定、周波数設定、デューティサイクル、パルス時間、反応チャンバ２０４内の圧力、リモートプラズマ源２０２内の圧力、原料ガス源２２６および追加のガス源２２８からのガス流量、前駆体供給源２４０および他の供給源からのガス流量、台座２１４の温度、ならびに、反応チャンバ２０４の温度など）を制御してよい。
コントローラ２５０は、プラズマ処理装置２００の動作の処理条件を制御するための命令を含んでよい。コントローラ２５０は通常、１または複数のメモリデバイスおよび１または複数のプロセッサを備えるだろう。プロセッサは、ＣＰＵまたはコンピュータ、アナログおよび／またはデジタルの入出力接続、ステッパモータコントローラボードなどを備えてよい。適した制御動作を実施するための命令は、プロセッサにおいて実行される。これらの命令は、コントローラ２５０と関連付けられたメモリデバイスに格納されてよい、または、ネットワークを通じて提供されてよい。
特定の実施形態では、コントローラ２５０は、本明細書に記載のプラズマ処理装置２００の全てまたはほとんどの動作を制御する。例えば、コントローラ２５０は、グラフェンの堆積、また必要に応じて、グラフェンを含む製造フローの他の動作に関連するプラズマ処理装置２００の全てまたはほとんどの動作を制御してよい。コントローラ２５０は、タイミング、ガス組成、ガス流量、チャンバ圧、チャンバ温度、ＲＦ電力レベル、基板位置、および／または、他のパラメータを制御するための命令のセットを含むシステム制御ソフトウェアを実行してよい。いくつかの実施形態では、コントローラ２５０に関連付けられたメモリデバイスに格納された他のコンピュータプログラム、スクリプト、またはルーチンが用いられてよい。基板２１２に隣接する環境において比較的穏和な反応条件を提供するために、ＲＦ電力レベル、プラズマ領域２２４へのガス流量、化学蒸着領域２０８へのガス流量、および、プラズマ点火のタイミングなどのパラメータは、コントローラ２５０によって調節および維持できる。加えて、基板位置を調節することで、基板２１２に隣接する環境における高エネルギラジカル種の存在がさらに低減してよい。マルチステーションリアクタにおいて、コントローラ２５０は、異なる装置ステーションのための異なる命令または同じ命令を含んでよいため、装置ステーションは独立してまたは同期して動作できる。
いくつかの実施形態では、コントローラ２５０は、ガス出口２４２を通じて１または複数の炭化水素前駆体を反応チャンバ２０４に流す動作、リモートプラズマ源２０２に原料ガスを提供する動作、１または複数の炭化水素前駆体の上流のリモートプラズマ源２０２において、原料ガスの１または複数のラジカル種を生成する動作、１または複数のラジカル種をリモートプラズマ源２０２から反応チャンバ２０４に導入して、１または複数の炭化水素前駆体と反応させ、基板２１２の金属表面上にグラフェンを堆積させる動作などの動作を実施するための命令を含んでよい。反応チャンバ２０４内の基板２１２に隣接する環境における１または複数のラジカル種は、基底状態の水素ラジカルであってよい。いくつかの実施形態では、コントローラ２５０は、グラフェンの堆積前に基板２１２の金属表面を処理するための命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、コントローラ２５０は、基板２１２の温度を約４００℃以下、または約２００℃～約４００℃に維持するための命令を含んでよい。いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体の各々は、アルケン基またはアルキン基を含む。
いくつかの実施形態では、装置２００は、コントローラ２５０に関連付けられたユーザインタフェースを備えてよい。ユーザインタフェースは、表示画面、装置２００および／または処理条件の画像ソフトウェア画面、およびユーザ入力装置（ポインティング装置、キーボード、タッチ画面、マイクなど）を含んでよい。
上記の動作を制御するためのコンピュータプログラムコードは、任意の適したコンピュータ可読プログラミング言語（例えば、アセンブリ言語、Ｃ、Ｃ＋＋、パスカル、フォートラン、またはその他）によって作成されうる。コンパイル済みオブジェクトコードまたはスクリプトは、プログラムで識別されたタスクを実行するためにプロセッサによって実行される。
プロセスを監視するための信号は、システムコントローラのアナログおよび／またはデジタルの入力接続によって提供されてよい。プロセスを制御するための信号は、処理システムのアナログおよびデジタルの出力接続における出力である。
一般に、本明細書に記載の方法は、処理ツール、チャンバ、処理用プラットフォーム、および／または、特定の処理部品（ウエハ台座、ガス流システムなど）を含む半導体処理装置を備えるシステムで実施できる。これらのシステムは、半導体ウエハまたは基板の処理前、処理中、および処理後の動作を制御するための電子機器と一体化されてよい。一般に、これらの電子機器は、システムの様々な構成部品または副部品を制御できるコントローラと呼ばれる。コントローラは、処理要件および／またはシステムの種類に応じて、処理ガスの供給、温度設定（例えば、加熱および／または冷却）、圧力設定、真空設定、電力設定、ＲＦ発生器の設定、ＲＦ整合回路の設定、周波数設定、流量設定、流体供給設定、位置動作設定、ツールおよび他の搬送ツールならびに／または特定のシステムに接続もしくは結合されたロードロックに対するウエハ搬入出を含む、本明細書に開示されたあらゆるプロセスを制御するようにプログラムされてよい。
概して、コントローラは、命令を受信し、命令を発行し、動作を制御し、洗浄動作を可能にし、エンドポイント測定を可能にするなどの様々な集積回路、ロジック、メモリ、および／または、ソフトウェアを有する電子機器として定義されてよい。集積回路は、プログラム命令を記憶するファームウェア形式のチップ、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）として定義されるチップ、および／または、プログラム命令（例えば、ソフトウェア）を実行する１または複数のマイクロプロセッサもしくはマイクロコントローラを含んでよい。プログラム命令は、様々な個別設定（または、プログラムファイル）の形でコントローラに伝達される命令であって、特定のプロセスを半導体ウエハ上でもしくは半導体ウエハ向けに、またはシステムに対して実行するための動作パラメータを定義してよい。いくつかの実施形態では、動作パラメータは、１または複数の層、材料（例えば、シリコンカーバイド）、表面、回路、および／または、ウエハダイの製造時における１または複数の処理工程を実現するために、プロセスエンジニアによって定義されるレシピの一部であってよい。
いくつかの実施形態では、コントローラは、システムと統合もしくは結合された、そうでなければシステムにネットワーク接続された、もしくはこれらが組み合わされたコンピュータの一部であってよい、またはそのコンピュータに結合されてよい。例えばコントローラは、ウエハ処理のリモートアクセスを可能にする「クラウド」内にあってよい、またはファブホストコンピュータシステムの全てもしくは一部であってよい。コンピュータはシステムへのリモートアクセスを可能にして、製造動作の進捗状況を監視し、過去の製造動作の経歴を調査し、複数の製造動作から傾向または性能の基準を調査して、現行の処理のパラメータを変更してよい、または現行の処理に続く処理工程を設定してよい、または新しいプロセスを開始してよい。いくつかの例では、リモートコンピュータ（例えば、サーバ）は、ローカルネットワークまたはインターネットを含みうるネットワークを通じて、プロセスレシピをシステムに提供できる。リモートコンピュータは、次にリモートコンピュータからシステムに伝達されるパラメータおよび／もしくは設定のエントリまたはプログラミングを可能にするユーザインタフェースを含んでよい。いくつかの例では、コントローラは、１または複数の動作中に実施される各処理工程のパラメータを特定するデータ形式の命令を受信する。パラメータは、実施されるプロセスの種類、および、コントローラが接続するまたは制御するように構成されたツールの種類に固有であってよいことを理解されたい。よって、上述のようにコントローラは、例えば互いにネットワーク接続された１または複数の別々のコントローラを含むことと、本明細書に記載のプロセスや制御などの共通の目的に向けて協働することとによって分散されてよい。かかる目的で分散されたコントローラの例は、遠隔に（例えば、プラットフォームレベルで、またはリモートコンピュータの一部として）設置され、協働してチャンバにおけるプロセスを制御する１または複数の集積回路と連通する、チャンバ上の１または複数の集積回路だろう。
本明細書に記載のグラフェン堆積に加えて、例示のシステムは、プラズマエッチングチャンバまたはプラズマエッチングモジュール、堆積チャンバまたは堆積モジュール、スピンリンスチャンバまたはスピンリンスモジュール、金属めっきチャンバまたは金属めっきモジュール、洗浄チャンバまたは洗浄モジュール、ベベルエッジエッチングチャンバまたはベベルエッジエッチングモジュール、物理蒸着（ＰＶＤ）チャンバまたはＰＶＤモジュール、化学蒸着（ＣＶＤ）チャンバまたはＣＶＤモジュール、原子層堆積（ＡＬＤ）チャンバまたはＡＬＤモジュール、原子層エッチング（ＡＬＥ）チャンバまたはＡＬＥモジュール、イオン注入チャンバまたはイオン注入モジュール、トラックチャンバまたはトラックモジュール、ならびに、半導体ウエハの製作および／もしくは製造において関連もしくは使用しうる任意の他の半導体処理システムを含んでよい。
上述のように、コントローラは、ツールによって実施される処理工程に応じて、他のツール回路もしくはモジュール、他のツール部品、クラスタツール、他のツールインタフェース、隣接するツール、近接するツール、工場全体に設置されたツール、メインコンピュータ、別のコントローラ、または、半導体製造工場においてツール位置および／もしくはロードポートに対してウエハ容器を搬入出する材料搬送に用いられるツール、のうちの１または複数と連通してよい。
グラフェンの特性評価にはラマン分光法を用いることができる。ラマン分光法は、グラフェン層の数だけでなく、グラフェンの不規則量を決定するのにも適しうる。ラマンスペクトルにおけるグラフェンの特定の特徴を識別することにより、グラフェンを不規則な炭素層、または非晶質の炭素層と区別できる。
図３は、いくつかの実施形態による、例示的な単層グラフェンおよび多層グラフェンのラマンスペクトルを示すグラフを表す。グラフェンは、ラマンスペクトルにおいて約１５８０ｃｍ-1のＧピーク、および約２６８０ｃｍ-1の２Ｄピークの存在によって特徴付けられる（２Ｄピークは、Ｇピークの強度以上）。２ＤピークがＧピークよりも大幅に強度が小さい場合は、堆積した膜はグラフェンとして特性評価されない。しかし、不規則な炭素または非晶質炭素は、ラマンスペクトルにおいて約１３８０ｃｍ-1のＤピークの存在によって特徴付けることができる。不規則が増加するにつれて、Ｄピークのラマン強度は通常増加する。
ラマン分光法は、グラフェン層の数を決定するのにも用いることができる。いくつかの実施形態では、２Ｄピークの強度対Ｇピークの強度比（Ｉ2D／ＩG）は、グラフェン層の数に対応しうる。具体的には、Ｉ2D／ＩGが２よりも大きい場合は、堆積したグラフェン膜は、単層グラフェンに相当する。Ｉ2D／ＩG比が、図３に示されたように１よりもわずかに大きい、または１よりもわずかに小さい場合、堆積したグラフェン膜はそれぞれ、二層グラフェンまたは数層グラフェンに相当してよい。
本開示において、リモート水素プラズマＣＶＤによって金属表面に堆積したグラフェン膜は、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、または約１ｎｍ以下の厚さを有する。グラフェン膜の厚さは、堆積する金属表面に依存できる。例えば、グラフェン膜は、銅に堆積したときは単層または数単層の厚さであってよいため、厚さは約１ｎｍよりも小さくてよい。グラフェン膜は、単層グラフェン、二層グラフェン、または数層グラフェンであってよい。これは、グラフェン膜が銅などの金属上に堆積する場合に生じうる。別の例では、グラフェン膜は、コバルトなどの他の金属上に堆積したときは、数ナノメートル（例えば、約２～３ｎｍ）の厚さであってよい。
図４は、いくつかの実施形態により、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる例示的方法のフロー図を表す。プロセス４００の動作は、異なる順序で、および／または、異なる動作、より少ない動作、または追加の動作を伴って実施されてよい。プロセス４００の動作は、図２に示されたプラズマ処理装置を用いて実施されてよい。いくつかの実施形態では、プロセス４００の動作は、少なくとも部分的に、１または複数の非一時的コンピュータ可読媒体に格納されたソフトウェアにより実施されてよい。
プロセス４００のブロック４１０において、基板の金属表面は、必要に応じてグラフェンの堆積前に処理されてよい。グラフェン堆積は、グラフェンが成長する金属表面の平滑度および純度に依存できる。表面処理技術は、基板を研磨し、不純物を除去するために、金属表面に施されてよい。基板の研磨は、いくつかの実施形態ではライトエッチングによって実施されてよい。不純物の除去は、例えば金属酸化物を除去する化学処理によって実施されてよい。加えて、またはそれに代えて、不純物の除去は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスからの残留物または汚染物質の除去を含んでよい。いくつかの実施形態では、金属表面処理は、拡散バリア堆積またはエッチング停止堆積の前に生じてよい。
いくつかの実施形態では、基板の金属表面の処理は、還元ガス種のプラズマへの金属表面の曝露を含むことができる。金属表面の処理は、少なくともプラズマへの曝露による不純物の除去および／または金属酸化物の還元を含みうる。いくつかの実施形態では、プラズマは、還元ガス種のイオンおよびラジカルを含みうる。還元ガス種は、例えば、水素ガス（Ｈ2）、アンモニア（ＮＨ3）、またはこれらの組み合わせを含みうる。そのため金属表面は、Ｈ2プラズマ、ＮＨ3プラズマ、またはＨ2／ＮＨ3プラズマによって処理されてよい。プラズマは、直接（ｉｎ－ｓｉｔｕ）プラズマ、またはリモートプラズマであってよい。いくつかの実施形態では、還元ガス種のプラズマへの金属表面の曝露は、リモート水素プラズマへの金属表面の曝露を含む。
いくつかの実施形態では、金属表面の処理はさらに、シアノ系ラジカル種への金属表面の曝露を含む。いくつかの他の実施形態では、金属表面の処理は、還元ガス種への金属表面の曝露の代わりに、シアノ系ラジカル種への金属表面の曝露を含む。シアノ系ラジカル種は、グラフェン成長よりも前に、金属表面を平滑にするためにライトエッチングを実施してよい。シアノ系ラジカル種への金属表面の曝露は、還元ガス種のプラズマへの金属表面の曝露よりも前または後に生じうる。これは、多段階前処理プロセスと呼ぶことができる。多段階前処理プロセス、またはそのうちの少なくともいくつかの工程は、グラフェンを堆積させるためのプラズマ処理装置と同じまたは異なる装置で実施されてよい。シアノ系ラジカル種への金属表面の曝露は、還元ガス種のプラズマへの金属表面の曝露と同時に起こりうる。これは、単段階前処理プロセスと呼ぶことができる。単段階前処理プロセスは、グラフェンを堆積させるためのプラズマ処理装置と同じまたは異なる装置において実施されてよい。
多段階前処理プロセスにおいて、シアノ系ラジカル種は、プラズマを点火することにより生成されてよく、プラズマは、直接（ｉｎ－ｓｉｔｕ）プラズマまたはリモートプラズマであってよい。シアノ系ラジカル種は、少なくとも炭素含有原料ガスおよび窒素含有原料ガスを含むガス混合物、または、炭素－窒素（ＣＮ）結合を有する前駆体を含むガス混合物から生成されてよい。そのため、金属表面処理はさらに、少なくとも炭素含有原料ガスおよび窒素含有原料ガス、または、炭素－窒素結合を有する前駆体からの、シアノ系ラジカル種を含むプラズマの生成を含みうる。例えば、炭化水素前駆体、窒素ガス、および水素ガスのガス混合物は、プラズマ発生器に供給され、ガス混合物のプラズマが点火されて、シアノ系ラジカル種を形成してよい。
単段階前処理プロセスにおいて、シアノ系ラジカル種は、下流の炭素含有前駆体を活性化することにより生成されてよい。下流の炭素含有前駆体の活性化は、還元ガス種のプラズマによる表面前処理と同時である。そのような例では、リモートプラズマ源は、下流の炭素含有前駆体の上流に位置し、還元ガス種のプラズマは、リモートプラズマ源で生成される。いくつかの実施形態では、下流の炭素含有前駆体は、炭化水素前駆体であってよい。そのため、下流の炭素含有前駆体は、グラフェンの堆積で用いられる炭化水素前駆体と化学的に同じであってよい、または異なってよい。そのような場合には、還元ガス種のプラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマである。例えば、還元ガス種は、水素ガスを含むことができる。窒素含有剤は、窒素ガスを含むことができる。よって、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマは、リモートＨ2およびＮ2プラズマになりうる。プラズマにおける還元ガス種の濃度は、窒素含有剤の濃度よりも大きくてよい。論理に限定されるものではないが、窒素含有剤のイオン／ラジカルは、下流の炭素含有前駆体と相互作用して、シアノ系ラジカル種を形成するとされる。シアノ系ラジカル種は、金属表面を平滑にするためにライトエッチンを実施でき、還元ガス種のプラズマは、金属酸化物を金属表面上の金属に還元できる。いくつかの他の実施形態では、下流の炭素含有前駆体は、１または複数のＣＮ結合を含む前駆体ガスであってよい。そのような前駆体は、還元ガス種のプラズマによって活性化されてよく、還元ガス種のプラズマは、上流のリモートプラズマ源で生成されたリモートプラズマである。いくつかの例では、還元ガス種のプラズマは、リモート水素プラズマである。論理に限定されるものではないが、水素のイオン／ラジカルは、１または複数のＣＮ結合を有する下流の炭素含有前駆体と相互作用して、シアノ系ラジカル種を形成するとされる。
ブロック４１０の処理動作は、多段階前処理プロセスおよび単段階前処理プロセスの点から説明されてよいが、金属表面の前処理は、そのような技術に限定されないことが理解されるだろう。基板の金属表面は、グラフェン堆積より前に、周知の任意の適した表面処理技術を用いて前処理されてよい。
プロセス４００のブロック４２０において、金属表面を含む基板は反応チャンバに提供される。いくつかの実施形態では、基板は、ブロック４１０の処理の間に既に反応チャンバに提供されていてよい。基板は、半導体用途で用いられる半導体基板であってよい。金属表面は、遷移金属などの任意の適した金属を含むことができる。例えば、金属表面は、銅、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはこれらの組み合わせを含むことができる。金属表面は、グラフェンの核生成および成長を促進するための触媒として機能できる。本開示のグラフェン堆積は、金属表面の特定の金属に選択的であってよい。言い換えれば、本開示のグラフェン堆積は、誘電体表面または他の非金属表面では生じなくてよい。
反応チャンバは、基板を支持するための基板支持体または台座を備えてよい。リモートプラズマ源は、シャワーヘッドを介して反応チャンバに流体接続されてよい。基板の金属表面は、リモートプラズマ源に向いてよい。前駆体ガスラインは、１または複数のガス出口を介して反応チャンバに別々に流体接続されてよい。１または複数のガス出口は、リモートプラズマ源の下流に設置されてよい。１または複数のガス出口は、炭化水素前駆体を反応チャンバに供給し、リモートプラズマ源は、反応チャンバへの供給のために水素ラジカルを生成してよい。
プロセス４００のブロック４３０において、１または複数の炭化水素前駆体は、反応チャンバの中に、基板に向けて流される。１または複数の炭化水素前駆体の各々は、アルケン基またはアルキン基を含む。これは、炭化水素前駆体が、１または複数の炭素－炭素二重結合および／または炭素－炭素三重結合などの、１または複数の不飽和炭素結合を含むことを意味する。アルケン基またはアルキン基を有する炭化水素前駆体の例は、トルエン、ベンゼン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンタジエン（例えば、１，４ペンタジエン）、ヘキセン、アセチレン、プロピン、ブチン、またはペンチンを含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体の各々は、少なくとも２つの炭素原子、少なくとも３つの炭素原子、少なくとも４つの炭素原子、少なくとも５つの炭素原子、少なくとも６つの炭素原子、または少なくとも７つの炭素原子を有する炭素鎖を含んでよい。
１または複数の炭化水素前駆体は、反応チャンバに流体接続した１または複数のガス出口を通じて反応チャンバに流れてよい。１または複数のガス出口は、リモートプラズマ源から下流に位置する。１または複数の炭化水素前駆体のプラズマは、反応チャンバで生成されない、または、リモートプラズマ源で生成されない。むしろ、１または複数の炭化水素前駆体は、リモートプラズマ源で生成されたプラズマから独立して反応チャンバに流される。
１または複数の炭化水素前駆体は、金属表面に吸着するために基板に向けて流される、または、少なくとも基板の金属表面に隣接する環境に位置する。いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体は、ブロック４４０およびブロック４５０に記載されたプラズマ生成およびプラズマ曝露と同時に反応チャンバに流される。いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体は、ブロック４４０およびブロック４５０に記載されたプラズマ生成およびプラズマ曝露より前に反応チャンバに流される。
いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体は、他の種（特に、キャリアガス）と共に基板の金属表面に隣接する環境に供給される。１または複数の炭化水素前駆体は、堆積反応表面から上流で不活性キャリアガスと混合されうる。例示的な不活性キャリアガスは、アルゴン（Ａｒ）およびヘリウム（Ｈｅ）を含むが、これらに限定されない。いくつかの実施形態では、１または複数の炭化水素前駆体は、複数の炭化水素前駆体の混合物として供給される。複数の炭化水素前駆体は、結果として生じるグラフェンにおいて主鎖またはマトリックスを形成するために、等モルで、または、必要に応じて比較的類似した割合で存在してよい。他の実施形態では、複数の炭化水素前駆体の相対量は、等モル性から実質的に偏っている。
プロセス４００のブロック４４０では、１または複数の炭化水素前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において、水素原料ガスから水素のラジカルが生成される。具体的には、水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体を反応チャンバに導入するための１または複数のガス出口から上流のリモートプラズマ源で生成される。リモートプラズマ源は、プラズマ生成に適した任意のプラズマ源（誘導結合プラズマ源または容量結合プラズマ源）であってよい。いくつかの実施形態では、水素原料ガスは水素ガス（Ｈ2）である。いくつかの実施形態では、水素ガスは、１または複数の追加ガス（ヘリウム（Ｈｅ）など）と共にリモートガス源に流される。特定の実施形態では、水素原料ガスは、ヘリウムなどのキャリアガスに提供される。例として、水素ガスは、約１～２５％の水素または１～１０％の水素の濃度で、ヘリウムキャリアに提供されてよい。そのためいくつかの例では、リモートプラズマ源においてＨ2／Ｈｅプラズマが生成される。
プロセス４００のブロック４５０において、水素のラジカルは、反応チャンバの中に基板に向けて導入され、水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体と反応して、基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる。水素のラジカルは、励起ラジカルが再結合せずに緩和ラジカルに転換するような処理条件下で、反応チャンバに供給される。圧力、ヘリウムなどのキャリアガスの割合、シャワーヘッドのガスポートの形状、シャワーヘッドと１または複数のガス出口との間の距離、および他の条件は、水素原子が再結合せずに低エネルギ状態（例えば、基底状態）のラジカルとして基板に接触するように構成される。いくつかの実施形態では、基板に隣接する環境における全てまたは実質的に全ての水素のラジカルは、基底状態の水素のラジカルである。そのように、基板は、表面成長の損傷を最小限にするリモート水素プラズマに曝露される。
水素のラジカルは、生成直後は励起エネルギ状態にあってよい。例えば、励起エネルギ状態の水素は、少なくとも１０．２ｅＶのエネルギ（第１の励起状態）を有することができる。水素の励起ラジカルは、グラフェン成長中に表面成長損傷を引き起こす可能性がある。いくつかの実施形態では、励起水素ラジカルがそのエネルギを失ったとき、または緩和したときは、励起水素ラジカルは、実質的に低エネルギ状態の水素ラジカル、または、基底状態の水素ラジカルになってよい。いくつかの実施形態では、処理条件は、励起水素ラジカルがエネルギを失って、または緩和して、著しい低エネルギ状態または基底状態の水素ラジカルを形成するように提供されてよい。例えば、リモートプラズマ源または関連部品は、リモートプラズマ源から基板に拡散する水素ラジカルの滞留時間が、励起水素ラジカルのエネルギ緩和時間よりも長くなるように設計されてよい。励起水素原子ラジカルのエネルギ緩和時間は、約１×１０-3秒にほぼ等しくてよい、またはそれよりも短くてよい。
基板の金属表面に隣接する環境は、１または複数の炭化水素前駆体を含んでよい。加えて、基板の金属表面に隣接する環境は、低エネルギ状態（例えば、基底状態）の水素のラジカルを含んでよい。基板の金属表面に隣接する環境は、金属表面だけでなく、基板の露出面の直上の空間も含む。実際に、低エネルギ状態の水素のラジカルによる炭化水素前駆体の活性化は、金属表面上で、または、基板の金属表面上方の一定距離で生じてよい。いくつかの実施形態では、基板の金属表面上方の距離は、基板の金属表面上方の最大約１００ミリメートルであってよい。通常、基板の金属表面に隣接する環境の反応条件は、基板の金属表面全体にわたって一般に均一であるが、いくらかの変化が許容されてよい。
いくつかの実施形態では、水素原子ラジカルの全て、または実質的に全て、または大部分は、基底状態でありうる。例えば、基板の金属表面に隣接する水素原子ラジカルの少なくとも約９０％または９５％は、基底状態である。本明細書で用いられる水素のラジカルは、「水素ラジカル」および「水素原子ラジカル」と呼ばれてもよい。水素原子ラジカルの大部分が基底状態である状態は、様々な技術によって実現できる。図２で説明された装置などのいくつかの装置が、この状態を実現するように設計されている。基底状態の水素原子ラジカルを実現するための処理条件は、高エネルギ状態（例えば、基底状態よりも上の状態）の相当量のイオン、電子、またはラジカル種を有さなくてよい。相当量のイオンまたは高エネルギラジカルの存在は、基板上に表面成長損傷を引き起こし、結果として、低品質のグラフェンまたは不規則な炭素成長をもたらす可能性がある。いくつかの実施形態では、基板の金属表面に隣接する環境のイオン濃度は、約１０7／ｃｍ3以下である。基底状態の水素原子ラジカルは、表面成長の損傷を制限するために金属表面に隣接する環境における穏和な条件を提供しながら、１または複数の炭化水素前駆体を活性化させるのに十分なエネルギを提供してよい。
１または複数の炭化水素前駆体は、水素のラジカルから下流の反応チャンバに流される。水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体を導入するための１または複数のガス出口から上流に設置されたリモートプラズマ源で生成される。水素のラジカルが１または複数の炭化水素前駆体に到達する時までに、水素のラジカルは、１または複数の炭化水素前駆体と混合または相互作用すると、低エネルギ状態または基底状態になる。
論理に制限されるものではないが、堆積反応においてより動力学的に好ましい反応機構の１つは、活性炭化水素前駆体をもたらす水素引き抜きを含む。論理に制限されるものではないが、低エネルギ状態または基底状態の水素ラジカルは、活性アルカン類（例えば、メタン）の形成をもたらす炭化水素分子においてアルキン基またはアルケン基と相互作用してよい。いくつかの例では、炭化水素前駆体は、より小さい鎖状炭化水素分子またはラジカルに分解する。活性アルカン類は、活性部位として少なくとも１つの炭素ラジカルを含み、活性部位は、グラフェンにおいて炭素－炭素結合を形成するために共に反応できる。活性部位での結合および架橋は、結果として生じるグラフェン膜において主鎖またはマトリックスを形成できる。金属表面は、活性炭化水素前駆体間の反応を促進する触媒として機能してよい。
炭化水素前駆体は、消極的傍観者として機能するのではなく、グラフェンの組成に大きく貢献する。いくつかの実施形態では、グラフェンにおける実質的に全て、または大部分の原子は、１または複数の炭化水素前駆体によって提供され、リモート水素プラズマからの少量の水素または他の元素は、膜質量の約５原子％未満または約２原子％未満を提供する。その場合、堆積反応を促すのに用いられる低エネルギ水素原子ラジカルは、堆積したグラフェンの質量に実質的に貢献しない。
基板の金属表面に隣接する環境の温度は、堆積反応を促進する任意の適した温度であってよい。いくつかの実施形態では、基板の金属表面に隣接する環境の温度は、グラフェンの堆積中に基板が支持される台座の温度によって主に制御できる。いくつかの実施形態では、動作温度は、約５００℃未満、約４５０℃未満、約４００℃未満、約３５０℃未満、約３００℃未満、約２００℃～約４００℃、または約２００℃～約３００℃であってよい。かかる温度は、半導体用途に適してよい。いくつかの実施形態では、温度は、グラフェンが堆積する金属表面の金属に依存してよい。例えば、銅は４００℃以下の温度で維持されてよいが、ルテニウムは４５０℃以下の温度で維持されてよい。
基板の金属表面に隣接する環境の圧力は、反応チャンバにおけるグラフェン成長を促進するために任意の適した圧力であってよい。いくつかの実施形態では、圧力は、約１０トル（約１３３３．２２パスカル）以下、または約５トル（約６６６．６１２パスカル）以下であってよい。例えば圧力は、約１トル～約２トル（約１３３．３２２パスカル～約２６６．６４５パスカル）であってよい。
グラフェンは、リモートプラズマ源から下流に提供された１または複数の炭化水素前駆体と水素のラジカルとの反応により、金属表面上に選択的に堆積する。低エネルギ状態（例えば、基底状態）の水素のラジカルによって提供された比較的穏和な反応条件は、１または複数の炭化水素前駆体を活性化して炭素ラジカルを形成する。そのため、炭素ラジカルは、プラズマが生成されるリモートプラズマ源の外側で形成される。基板の金属表面に隣接する環境における炭素ラジカルの量は、グラフェン成長のために多すぎる核生成部位を有することを制限するように制御されてよい。論理に制限されるものではないが、過剰な数の核生成部位は、グラフェン成長中の過剰な数の欠陥に相当する可能性がある。
グラフェンは、銅、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはその組み合わせなどの遷移金属上に選択的に堆積してよい。いくつかの実施形態では、金属表面は銅を含む。いくつかの実施形態では、金属表面上のグラフェンは比較的薄く、約数単層の厚さであってよい。いくつかの実施形態では、グラフェンの厚さは、約１０ｎｍ以下、約５ｎｍ以下、約３ｎｍ以下、または約１ｎｍ以下である。グラフェンの厚さは、堆積する金属表面に依存してよい。例えば、グラフェンの厚さは、銅に堆積したときは約１ｎｍ未満であってよい。グラフェンは、単層グラフェン、二層グラフェン、または数層グラフェンであってよい。グラフェンのラマンスペクトルは、強度がわずかなＤピーク、および、Ｇピーク以上である２Ｄピークを有することにより特徴付けられてよい。Ｄピークの強度は、２ＤピークおよびＧピークよりも大幅に小さいだろうことが理解されるだろう。
いくつかの実施形態では、プロセス４００はさらに、基板の金属表面上のグラフェンのアニーリングを含んでよい。グラフェンのアニーリングは、グラフェン結晶構造から欠陥を除去するために高温で生じてよい。これにより、高品質のグラフェンの形成が確実になる。いくつかの実施形態では、高温は、約２００℃以上、約３００℃以上、約４００℃以上、約２００℃～約４００℃であってよい。アニーリングのための高温は、金属表面の金属、および、バックエンドライン半導体処理に適合する温度限界に依存してよい。例えば高温は、銅について最高約４００℃であってよい。グラフェンのアニーリングは、Ｄピークが低下し、２Ｄピークが増加する欠陥の減少により、グラフェンの品質の著しい向上をもたらしてよい。いくつかの実施形態では、グラフェンのアニーリングは、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ2）、またはその組み合わせなどの不活性ガスを含む不活性ガス雰囲気で生じる。
前記の説明では、本開示の十分な理解を提供するためにいくつかの特定の詳細が記載されている。開示の実施形態は、これらの特定の詳細の一部または全部なしで実施されてよい。他の例では、開示の実施形態を必要以上に曖昧にしないように、周知のプロセス動作は詳細には説明されていない。開示の実施形態は、特定の実施形態と共に説明されているが、開示の実施形態に限定する意図はないことが理解されるだろう。
前記の実施形態は、理解を明確にするためにいくらか詳細に説明されたが、添付の特許請求の範囲内で特定の変更および補正が行われてよいことが明らかだろう。本実施形態のプロセス、システム、および装置を実行する多くの別の方法があることに注意されたい。従って、本開示は、制限的でなく例示的とみなされるべきであり、本明細書に記載の詳細に限定されるべきでない。

Claims (20)

  1. 基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法であって、
    金属表面を備える基板を反応チャンバに提供する工程と、
    前記反応チャンバの中に、前記基板に向けて１または複数の炭化水素前駆体を流す工程と、
    前記１または複数の炭化水素前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源において、水素原料ガスから水素のラジカルを生成する工程と、
    前記反応チャンバの中に、前記基板に向けて前記水素のラジカルを導入する工程であって、前記水素のラジカルは、前記１または複数の炭化水素前駆体と反応して、前記基板の前記金属表面上にグラフェンを堆積させる、工程と、
    を含む、方法。
  2. 請求項１に記載の方法であって、
    前記１または複数の炭化水素前駆体の各々は、アルケン基またはアルキン基を含む、方法。
  3. 請求項２に記載の方法であって、
    前記１または複数の炭化水素前駆体の各々は、トルエン、ベンゼン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ペンタジエン、ヘキセン、アセチレン、プロピン、ブチン、またはペンチンを含む、方法。
  4. 請求項１に記載の方法であって、
    前記基板に隣接した環境における前記水素のラジカルの全て、または実質的に全ては、基底状態の水素のラジカルである、方法。
  5. 請求項１に記載の方法であって、
    前記基板は、前記基板の前記金属表面におけるグラフェンの堆積中は、約２００℃～約４００℃の温度で維持される、方法。
  6. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    前記金属表面上にグラフェンを堆積させる前に、前記基板の前記金属表面を処理する工程であって、前記金属表面を処理する工程は、前記金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程を含む、方法。
  7. 請求項６に記載の方法であって、
    前記金属表面を処理する工程は、さらに、前記金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程を含む、方法。
  8. 請求項７に記載の方法であって、
    前記金属表面を処理する工程は、さらに、少なくとも炭素含有原料ガスおよび窒素含有原料ガスから、前記シアノ系ラジカル種を含むプラズマを生成する工程を含み、前記金属表面を前記シアノ系ラジカル種に曝露する工程は、前記金属表面を前記還元ガス種の前記プラズマに曝露する工程の前または後に起こる、方法。
  9. 請求項７に記載の方法であって、
    前記金属表面を前記シアノ系ラジカル種に曝露する工程は、前記金属表面を前記還元ガス種の前記プラズマに曝露する工程と同時に起こり、前記シアノ系ラジカル種は、シアノ基を有する下流の炭素含有前駆体を前記還元ガス種の前記プラズマに曝露することにより生成され、前記還元ガス種の前記プラズマは、前記下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源で生成される、方法。
  10. 請求項７に記載の方法であって、
    前記還元ガス種の前記プラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマであり、前記金属表面を前記シアノ系ラジカル種に曝露する工程は、前記金属表面を前記還元ガス種および前記窒素含有剤の前記プラズマに曝露する工程と同時に起こり、前記シアノ系ラジカル種は、下流の炭素含有前駆体を前記還元ガス種の前記プラズマに曝露することにより生成され、前記還元ガス種および前記窒素含有剤の前記プラズマは、前記下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源で生成される、方法。
  11. 請求項１に記載の方法であって、
    前記金属表面は、銅、ルテニウム、ニッケル、モリブデン、コバルト、またはこれらの組み合わせを含む、方法。
  12. 請求項１に記載の方法であって、
    前記基板は、半導体ウエハまたは半導電性ワークピースであり、前記基板の前記金属表面は、前記リモートプラズマ源に向いている、方法。
  13. 請求項１に記載の方法であって、
    前記グラフェンは、誘電材料または他の非金属材料に堆積することなく、前記基板の前記金属表面の金属上に選択的に堆積する条件下で堆積される、方法。
  14. 請求項１に記載の方法であって、さらに、
    前記基板の前記金属表面上の前記グラフェンを、約２００℃～約４００℃の温度でアニーリングする工程を含む、方法。
  15. 基板の金属表面上にグラフェンを堆積させるための装置であって、
    反応チャンバと、
    金属表面を備える基板を支持するように構成された、前記反応チャンバ内の基板支持体と、
    前記反応チャンバ上流のリモートプラズマ源であって、前記基板の前記金属表面は、前記リモートプラズマ源に向いている、リモートプラズマ源と、
    前記リモートプラズマ源から下流の、前記反応チャンバ内の１または複数のガス出口と、
    コントローラであって、
    前記１または複数のガス出口を通じて、前記反応チャンバの中に、前記基板に向けて１または複数の炭化水素前駆体を流す動作と、
    前記リモートプラズマ源において、水素原料ガスから水素のラジカルを生成する動作と、
    前記反応チャンバの中に、前記基板に向けて前記水素のラジカルを導入する動作であって、前記水素のラジカルは、前記１または複数の炭化水素前駆体と反応して、前記基板の前記金属表面上にグラフェンを堆積させる、動作と、を実施するための命令が設定されたコントローラと、
    を備える、装置。
  16. 半導電性デバイスであって、
    感温性下地層を有する半導体基板であって、前記感温性下地層は、感温性限界を有する、半導体基板と、
    前記感温性下地層に堆積したグラフェン膜と、
    を備える、半導電性デバイス。
  17. 請求項１６に記載の半導電性デバイスであって、
    前記感温性下地層は、遷移金属を含み、前記感温性限界は、約４００℃～約７００℃である、半導電性デバイス。
  18. 基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法であって、
    金属表面を備える基板を反応チャンバに提供する工程と、
    前記基板の前記金属表面上にグラフェンを堆積させる工程であって、前記基板は、堆積中は約２００℃～約４００℃の温度に維持される、工程と、
    を含む、方法。
  19. 基板の金属表面上にグラフェンを堆積させる方法であって、
    金属表面を備える基板を反応チャンバに提供する工程と、
    前記金属表面上にグラフェンを堆積させる前に、前記基板の前記金属表面を処理する工程であって、前記金属表面を処理する工程は、前記金属表面をシアノ系ラジカル種に曝露する工程と同時に、前記金属表面を還元ガス種のプラズマに曝露する工程を含む、工程と、
    前記基板の前記金属表面上にグラフェンを堆積させる工程と、
    を含む、方法。
  20. 請求項１９に記載の方法であって、
    前記還元ガス種の前記プラズマは、還元ガス種および窒素含有剤のプラズマであり、前記シアノ系ラジカル種は、下流の炭素含有前駆体を前記還元ガス種および前記窒素含有剤の前記プラズマに曝露することにより生成され、前記還元ガス種および前記窒素含有剤の前記プラズマは、前記下流の炭素含有前駆体の上流に位置するリモートプラズマ源で生成される、方法。
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