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

说明书

一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法，其涉及将具有第一含过渡金属的垫块的基材布置在化学气相沉积室中。在化学气相沉积室中，将含硫属元素的前体布置在基材的上游。加热化学气相沉积室一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块相邻的区域中形成过渡金属二硫属化物层，其包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年11月7日提交的题为“用于控制多种过渡金属二硫属化物生长的方法”的美国临时专利申请第62/582462号和2018年2月8日提交的题为“用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法”的美国临时专利申请第 62/628115号的优先权，其公开内容通过引用整体并入本文。

背景技术

技术领域

所公开的主题的实施方案一般地涉及用于生长过渡金属二硫属化物层的方法、过渡金属二硫属化物生长装置以及用于形成半导体装置的方法。

背景技术讨论

二维(2D)过渡金属二硫属化物(TMD)层状材料，例如那些具有二硫化钼 (MoS₂)层的材料，已被公认为高通断比的半导体，其有望用于高量子产率的光电子器件、下一代晶体管和集成电路应用。常规的过渡金属二硫属化物生长技术的一个问题是对生长位置的控制很少。例如，现在参考图1，在一种常规技术中，将硫(S)102和过渡金属104粉末布置在化学气相沉积室106 中。气体108被提供至化学气相沉积室106，使硫102和过渡金属104粉末流至基材110，在加热化学气相沉积室106的同时，在基材110上生长过渡金属二硫属化物层112。具体地，在所示的实例中，过渡金属是钼(Mo)，其被氧化形成三氧化钼(MoO₃)，然后与硫结合形成二硫化钼(MoS₂)层112。

尽管这种常规技术导致在基材110上形成过渡金属二硫属化物层112，但是几乎不能控制层112在基材上生长的位置，并且它仅能够生长一种过渡金属二硫属化物。这对于在两个不同的过渡金属二硫属化物单层之间形成 p-n结是特别成问题的，由于不能控制在基材上的生长位置，因此使用硫102 和过渡金属104粉末不能使这种结在共同的基材上生长。在两个不同的过渡金属二硫属化物单层之间具有p-n结的装置是所需要的，因为它们可以实现包括电流整流、发光和光子收集的装置功能。

代替使用硫102和过渡金属104粉末以在两种不同的过渡金属二硫属化物层之间形成p-n结，已实现了直接的外延生长。然而，该过程不是位置选择性的，因为它允许硫102和过渡金属104在整个基材110上流动并在各处生长。因此，不可能控制过渡金属二硫属化物层112的生长位置。

在两种不同的过渡金属二硫属化物单层之间形成p-n结的另一种方式是离子注入，以将一种类型的过渡金属二硫属化物转变为另一种。但是，离子注入会在掺杂过程中产生缺陷，从而降低装置性能。

因此，期望在化学气相沉积室中以位置选择性的方式提供生长过渡金属二硫属化物单层，而不产生由常规掺杂过程引起的缺陷。还期望在化学气相沉积室中以位置选择性的方式提供生长两种不同的过渡金属二硫属化物单层，而不产生由常规掺杂过程引起的缺陷。

发明内容

根据一个实施方案，存在一种用于生长过渡金属二硫属化物层的方法。在化学气相沉积室中布置具有第一含过渡金属的垫块的基材。在化学气相沉积室中，将含硫属元素的前体布置在基材的上游。加热化学气相沉积室一段时间，在此期间，在与第一含过渡金属的垫块相邻的区域中形成过渡金属二硫属化物层，所述过渡金属二硫属化物层包含来自第一含过渡金属的垫块的过渡金属和来自含硫属元素的前体的硫属元素。