[發明專利]具有橫向半導體異質結的半導體器件和方法

有效

• 申請號: 201880067904.2
• 申請日: 2018-09-20
• 公開（公告）號: CN111566783B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 李明洋;黃敬凱;李連忠
• 申請（專利權）人: 阿卜杜拉國王科技大學
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

用于形成具有橫向半導體異質結的半導體器件的方法，包括在襯底上與第一金屬電極相鄰地形成橫向半導體異質結的第一金屬硫屬化物層。第一金屬硫屬化物層包括與第一金屬電極相同的金屬，并且第一金屬硫屬化物層中的至少一些包括來自第一金屬電極的金屬。與第一金屬硫屬化物層相鄰地形成橫向半導體異質結的第二金屬硫屬化物層。與第二金屬硫屬化物層相鄰地形成第二金屬電極。第二金屬硫屬化物層包括與第二金屬電極相同的金屬。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年10月17日提交的、名稱為“生長可稱量的自對齊二維異質結器件的方法(METHOD TO GROWTH SCALABLE SELF-ALIGNED TWO-DIMENSIONALHETEROJECTION DEVICES)”的美國臨時專利申請No.62/573,234的優先權，以及于2018年1月22日提交的、名稱為“具有橫向半導體異質結的半導體器件和方法(SEMICONDUCTORDEVICE HAVING A LATERAL SEMICONDUCTOR HETEROJUNCTION AND METHOD)”美國臨時專利申請No.62/620,161，通過引用將臨時申請的全部公開內容并入本文。

背景

技術領域

所公開的主題的實施例大體涉及一種用于形成具有橫向半導體異質結的半導體器件的方法、一種包括橫向半導體異質結的二極管、以及一種形成半導體器件的方法。

背景技術

諸如具有二硫化鉬(MoS2)層的那些二維(2D)過渡金屬二硫屬化物(TMD)層狀材料已被認為是高開關比(on-off ratio)的半導體，在高量子產率光電子器件、下一代晶體管以及集成電路應用方面有廣闊前景。常規的過渡金屬二硫屬化物生長技術的一個問題是對生長位置幾乎沒有控制。例如，現在參考圖1，在一種常規技術中，硫(S)102和過渡金屬104粉末布置在化學氣相沉積室106中。氣體108被提供給化學氣相沉積室106，這使硫102和過渡金屬104粉末流到襯底110，在加熱化學氣相沉積室106時，在該襯底上生長過渡金屬二硫屬化物層112。具體地，在所示的示例中，過渡金屬是鉬(Mo)，其被氧化形成三氧化鉬(MoO₃)，然后與硫結合形成二硫化鉬(MoS₂)層112。

盡管這種常規技術導致在襯底110上形成過渡金屬二硫屬化物層112，但是對層112在襯底上的生長位置幾乎沒有控制。這對于在兩個不同過渡金屬二硫屬化物單分子層之間的p-n結的形成會是有問題的。因為在兩個不同過渡金屬二硫屬化物單分子層之間的p-n結使器件具有包括電流整流、發光以及光子收集的功能，所以具有所述p-n結的器件是期望的。

用于實現位置選擇性生長以形成橫向異質結的一種技術涉及化學氣相沉積和光刻的組合。具體地，使用化學氣相沉積在襯底上生長第一層，然后從化學氣相沉積室中移除襯底，以使用光刻和反應性離子蝕刻將第一層圖案化。然后將襯底放置在化學氣相沉積室中以生長第二層。然后在襯底上形成第一金屬電極和第二金屬電極。

通過光刻和反應性離子蝕刻進行的圖案化降低了第一層中材料的質量，并導致較差的兩層之間的界面，然而異質結的兩個橫向層之間的原子級突變界面已顯示對所得的具有橫向異質結的半導體器件的性能有利。此外，光刻和反應性離子蝕刻需要使用光致抗蝕劑，這導致在生長第二層時在襯底上余留難以避免的殘留物。這些殘留物在第二層生長時充當生長種子，這引發不可控的生長。

因此，期望提供以位置選擇的方式形成橫向異質結，該方式在兩個橫向層之間提供原子級突變界面(atomic sharp interface)。

發明內容