形成含石墨烯之開關之方法

专利摘要:
本發明之一些實施例包含形成含石墨烯之開關之方法。可在一基底上方形成一底部電極，且可形成一第一導電結構以自該底部電極向上延伸。可沿該第一導電結構之一側壁形成介電材料，同時使該底部電極之一部分保持曝露。可形成一石墨烯結構以與該底部電極之曝露部分電耦合。可在該石墨烯結構與該第一導電結構相對之一側上形成一第二導電結構。可在該石墨烯結構上方形成一頂部電極，且該頂部電極與該第二導電結構電耦合。該第一導電結構及該第二導電結構可經組態以跨該石墨烯結構提供一電場。
公开号:TW201320130A
申请号:TW101125444
申请日:2012-07-13
公开日:2013-05-16
发明作者:Gurtej S Sandhu
申请人:Micron Technology Inc；
IPC主号:H01L21-00

专利说明:
形成含石墨烯之開關之方法
本發明係關於形成含石墨烯之開關之方法。
開關係用來可逆地斷開及閉合電路之組件。開關可被視為具有兩種操作狀態，該等狀態之一者係「接通」狀態且另一者係「關斷」狀態。通過開關之電流在「接通」狀態中將比在「關斷」狀態中高，且一些開關可基本上允許在「關斷」狀態中無電流。可在積體電路中意欲可逆地斷開及閉合該電路之一部分之任何位置使用開關。
意欲研發用於製造適用於積體電路中之開關之改良方法，且進一步意欲研發用於形成適合用作記憶體裝置(諸如記憶體陣列)中之選擇裝置之開關之改良方法。
一些實施例係關於形成含石墨烯之開關之方法。
圖1中圖解說明積體電路構造10之一部分，展示藉由基底14支撐之例示性實施例含石墨烯開關12。雖然該基底經展示為均質，但該基底在各種實施例中可包括數種組件及材料。例如，該基底可包括支撐與積體電路製造相關聯之各種材料及組件之半導體基板。可與該基板相關聯之例示性材料包含耐火金屬材料、障壁材料、擴散材料、絕緣體材料等等中之一或多者。例如，該半導體基板可包括單晶矽、基本上由單晶矽組成或由單晶矽組成。術語「半導電基板」、「半導體構造」及「半導體基板」意謂包括半導電材料之任何構造，包含(但不限於)諸如半導電晶圓(單獨或組合包括其他材料)及半導電材料層(單獨或組合包括其他材料)之塊體半導電材料。術語「基板」係指任何支撐結構，包含(但不限於)上述半導電基板。
該開關12包含第一電極16及第二電極18。此等電極係彼此隔開，且具體言之在所示實施例中係藉由空間22彼此分隔。
該等電極16及18包括導電電極材料20。此電極材料可包括任何合適導電組合物或組合物之組合；且可包括(例如)各種金屬(例如，鎢、鈦、銅等等)、含金屬之材料(例如，金屬矽化物、金屬碳化物、金屬氮化物等等)及導電摻雜半導體材料(例如，導電摻雜矽、導電摻雜鍺等等)中之一或多者。雖然電極16及18兩者經展示為包括相同的導電材料，但在其他實施例中，電極16及18可包括彼此不同的導電材料。
一石墨烯結構24延伸於該等電極之間。該石墨烯結構可被稱為在該等電極之間縱向延伸；其中術語「縱向」係用以指示可與其他組件比較之石墨烯結構之一定向。例如，該等電極16及18可被視為沿該石墨烯結構之縱向尺寸彼此隔開；且該石墨烯結構可被視為具有沿正交於該縱向尺寸延伸之橫向尺寸的厚度「T」。該石墨烯結構之「縱向」尺寸可為如此指示之石墨烯結構之任何部分；且可(或可不)為該石墨烯結構之最長尺寸。
在所示實施例中，石墨烯結構跨空間22延伸，且直接接觸該等電極16及18兩者。在一些實施例中，石墨烯結構將包括一層以上的石墨烯。例如，石墨烯結構可為多層(例如，雙層)結構。在結構24內展示一虛線25以概略地圖解說明此結構在一些實施例中可包括一層以上的石墨烯。該等層可為相同厚度，或可為彼此不同的厚度。
在操作中，當開關12處於「接通」狀態時，電流沿電極16與18之間之石墨烯結構24流動。此電流可被視為沿軸27之方向。
開關12包括一對節點26及28，在所示實施例中，此等節點係位於石墨烯結構之橫向外側且在石墨烯結構24之相對側上。該等節點包括導電材料30。此導電材料可包括任何合適的組合物，包含上文參考電極16及18所描述之任何組合物。雖然節點26及28經展示為包括彼此相同之組合物，但在一些實施例中，該等節點可包括彼此不同的組合物。
該等節點26及28分別連接至電路32及34，此等電路係經組態以在該等節點之間產生一電場(EF)。此電場係橫向於電流沿石墨烯結構24之方向。雖然該電場經圖解說明為自節點28朝節點26定向，但該電場在其他實施例中可以相反方向定向。該場EF可由主要正交於該石墨烯結構(如所示)之電場構成，或可由主要與該石墨烯結構成一角度而非正交於該石墨烯結構之電場構成。若一電場主要與電流沿該石墨烯結構之方向成一角度(即，除沿軸27外之一方向)而非平行於電流沿該石墨烯結構之方向，則此電場將具有對應於所圖解說明之場EF之向量分量，其橫向於電流沿石墨烯結構24之方向。因此，產生主要沿除平行於軸27外之任何方向導向之電場可被視為包括產生橫向於電流沿石墨烯結構24之方向之電場。應注意，沿軸27(即，平行於電流沿石墨烯結構24之方向)之電場分量可有用於在開關之「接通」狀態中輔助電子自電極16移動至電極18，或反之亦然。
節點26及28可一起被視為經組態以改變石墨烯結構24之石墨烯內之帶隙之電組件。具體言之，產生於該等節點之間之電場可藉由利用Feng Wang描述之關係(參見(例如)Zhang等人，Nature 459，820-823(2009年6月11日))改變石墨烯結構24之石墨烯內之帶隙，藉此藉由增加該等節點26與28之間之電場來增加該石墨烯內之帶隙。
可利用操縱橫向於石墨烯結構24內之電流之電場大小來控制開關之狀態。可利用相對高的橫向電場來將開關12維持在「關斷」狀態，同時可利用相對低的橫向電場來將開關12維持在「接通」狀態。術語「相對高的橫向電場」及「相對低的橫向電場」係用以指示橫向電場相對於彼此為低及高。在一些實施例中，節點26與28之間之總電壓差可改變約0.25 eV，以將開關自「接通」狀態轉變為「關斷」狀態，或反之亦然。在一些實施例中，自「接通」狀態至「關斷」狀態之轉變可藉由提供小於或等於約3伏特/奈米之橫向電場而達成，且在一些實施例中，可藉由提供小於或等於約2伏特/奈米之橫向電場而達成。
石墨烯結構24具有自電極16至電極18之長度「L」及沿正交於該長度之方向之厚度「T」。該石墨烯結構之長度及厚度可經調整以達成所要性能特性；且此外，可調整節點26與28之間之間隔以及於此等節點之間產生之電場方向以達成所要性能特性。
在一些實施例中，石墨烯結構24將具有小於約5奈米之在節點26與28之間之最大總厚度。在一些實施例中，該石墨烯結構將包括兩層或更多層，且該等層之至少一者將具有小於約5奈米之在該等節點之間之最大厚度；且在一些實施例中，全部此等層將具有小於約5奈米之在該等節點之間之最大厚度。在一些實施例中，石墨烯之個別層將具有在至少約1奈米至至少約5奈米之範圍內之厚度。
在一些實施例中，石墨烯結構24將具有在至少約10奈米至至少約50奈米範圍內之長度「L」。
在一些實施例中，石墨烯結構24可為矩形。圖2中展示一例示性矩形石墨烯結構。此結構具有上述長度「L」及厚度「T」，且此外具有寬度「W」。除該厚度及該長度外，可調整該寬度以達成石墨烯中之所要帶隙特性及該開關12(圖1)之所要性能特性。在一些實施例中，石墨烯結構24將具有自至少約5奈米至至少約20奈米之寬度「W」。
在一些實施例中，該石墨烯結構可足夠薄以具有一固有帶隙；且例如可為具有一狹窄尺寸(例如，小於或等於約20奈米、小於約10奈米或甚至小於或等於約5奈米之尺寸)之帶狀物。石墨烯帶狀物尺寸與帶隙之間之關係描述於由H.Dai發表之若干文章(例如，Li等人，Science 319，1229-1232(2008))中。
石墨烯結構24可相對於圖1之開關12之電場「EF」組態，使得該電場主要沿該石墨烯結構之厚度「T」(如圖1中所示)延伸，或可相對於圖1之組態旋轉使得該電場主要沿該石墨烯結構之寬度「W」延伸，或可經旋轉使得該電場沿相對於該石墨烯結構之厚度及寬度成角度之主要方向延伸穿過該石墨烯結構。
在一些實施例中，石墨烯結構24可包括兩個或更多個石墨烯層，該等層在尺寸上經組態以利用由H.Dai描述之關係，使得該石墨烯在不存在橫向電場之情況下具有一固有帶隙。針對特定應用，此可提供一額外參數以調整開關12之「接通」狀態模式之導電率。在其他實施例中，該石墨烯結構24可包括一或多個層，其皆個別地具有過大的尺寸，而在不存在施加橫向電場之情況下使一顯著帶隙無法位在該結構24之石墨烯內。此可使該石墨烯結構在該開關之「接通」狀態模式中具有極高的電導。
介電材料40經展示位在電極16與18之間之空間內並包圍節點26及28。該介電材料可包括任何合適的組合物或組合物之組合，且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽玻璃(例如，硼磷矽酸鹽玻璃、磷矽酸鹽玻璃、氟矽酸鹽玻璃等等)之任一者。雖然該介電材料40經展示為在開關12之整體係均質的，但在其他實施例中可使用多種不同的介電材料。
節點26及28可連接至任何合適電路，以能夠跨石墨烯結構24產生橫向電場。在一些實施例中，該等節點之各者可導電耦合至電極16及18之一者。參考圖3中所示之構造10a描述此等實施例之一實例。此構造包括類似於上文參考圖1描述之開關12之開關12a。
開關12a包括與底部電極16電耦合之向上延伸導電結構42，且包括與頂部電極18電耦合之向下延伸結構44。節點26及28係由在所圖解說明組態中彼此垂直重疊之結構42及44之部分有效構成。
結構42及44可包括任何合適導電材料，且可包括彼此相同的材料或彼此不同的材料。結構42及44亦可包括如電極16及18之共同材料，或結構42及44之一或兩者可包括與電極16及18之一或兩者不同之材料。
在一些實施例中，可有利地將複數個開關緊密地封裝於一半導體基板上方。圖4展示具有彼此相鄰封裝之(上文參考圖2描述類型之)一對開關12a之構造45。在所示實施例中，該等開關係彼此沿垂直平面31之鏡像。在一些實施例中，此組態可使兩個相鄰開關形成於一共同穿渠中。
一些實施例包含形成上文參考圖1至圖4描述之各種類型開關之方法。圖5至圖11圖解說明可用以製造類似於上文參考圖3描述構造之含開關之構造之第一實施例方法之製程階段，且圖12至圖15圖解說明可用以製造類似於上文參考圖4描述之多開關構造之構造之第二實施例方法之製程階段。
參考圖5，其展示包括基底14及支撐在此基底上方之底部電極16之構造50。該基底14可包括上文參考圖1至圖4論述之組態之任一者。該電極16可包括任何合適材料，且經展示包括上文參考圖1描述類型之材料20。在所示實施例中，該底部電極由介電材料52橫向包圍。該介電材料52可包括任何合適的電絕緣組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽玻璃之任一者，基本上由其等組成或由其等組成。
跨該底部電極16及該介電材料52形成介電材料54，且在材料54內圖案化一開口56以曝露該底部電極之上表面17。可使用任何合適處理形成該開口56。例如，在一些實施例中，可先形成材料54以覆蓋電極16之整個上表面，且隨後可藉由在利用經光微影圖案化之光阻遮罩(未展示)界定該開口之位置的同時蝕刻穿過材料54而形成開口56。接著可用後續處理移除該遮罩。
當沿圖5之橫截面觀察時，開口56具有一對側壁55及57。該等側壁可在圖5之平面外部之位置中合併，使得該對側壁看來實際上係在開口56周圍延伸之單一側壁。
參考圖6，沿側壁55之一底部區域形成介電間隔件58。可使用任何合適處理來形成該介電間隔件。例如，可在材料54上方及開口56內保形地形成一介電材料層，且可使用一或多個經光微影圖案化遮罩(未展示)及合適的蝕刻圖案化此層以產生該間隔件58。該間隔件58可包括任何合適的介電組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽玻璃之任一者，基本上由其等組成或由其等組成。
參考圖7，沿側壁55及57形成導電襯墊60及62。該等襯墊60及62可包括任何合適的導電組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括各種金屬、含金屬組合物及導電摻雜半導體材料中之一或多者，基本上由其等組成或由其等組成。
可利用任何合適處理形成該等襯墊60及62。例如，可在介電質54上方及開口56內形成一導電材料層，且接著進行各向異性蝕刻以形成所圖解說明之襯墊。在一些實施例中，在該各向異性蝕刻之後可使用化學機械拋光(CMP)來形成跨材料54及襯墊60及62延伸之所圖解說明之平坦化上表面。
參考圖8，用介電間隔件64取代襯墊60之頂部部分。可使用任何合適的處理來完成此取代。例如，可形成一圖案化遮罩(未展示)以保護襯墊62，同時使襯墊60曝露於移除襯墊62之頂部部分之各向異性蝕刻。隨後，可在襯墊60之剩餘部分上方形成介電材料且圖案化該介電材料以形成所示之介電間隔件64。在一些實施例中，介電間隔件58及64可分別稱為第一介電間隔件及第二介電間隔件。
襯墊60及62可分別稱為第一導電結構及第二導電結構；且此等結構係直接位在底部電極上方。在所示實施例中，第一導電結構60直接接觸底部電極16，且第二導電結構62未直接接觸該底部電極。相反地，該第二導電結構係藉由介電間隔件58與該底部電極隔開。
沿導電結構62之一側壁形成介電襯墊66。可使用任何合適處理來形成該介電襯墊。例如，可藉由跨整個構造50提供介電材料且接著隨後使用圖案化遮罩(未展示)及一或多個合適蝕刻圖案化此材料來形成該介電襯墊。隨後，可使用CMP來形成跨材料54、襯墊62、間隔件64及襯墊66延伸之所圖解說明之平坦化上表面。
襯墊66可包括任何合適的電絕緣組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽玻璃之任一者，基本上由其等組成或由其等組成。
雖然襯墊66經展示為抵靠於導電結構62形成，但在其他實施例中該襯墊可抵靠於另一導電結構60形成。
在形成襯墊66之後，藉由各種結構58、60、62、64及66來窄化開口56。底部電極16具有曝露於窄化開口內之部分68，且具有經各種結構58、60、62、64及66覆蓋之另一部分。
參考圖9，沿介電襯墊66之一側壁形成石墨烯結構70。該石墨烯結構直接接觸底部電極16之經曝露部分68，且因此在所示實施例中與該底部電極直接電耦合。該石墨烯結構70係類似於上文參考圖3論述之結構24，且可包括任何合適組合物。例如，該石墨烯結構在一些實施例中可包括單一石墨烯層；且在其他實施例中可包括多個石墨烯層(例如，在一些實施例中可為雙層結構)。
可使用任何合適處理來形成該石墨烯結構70。例如，可沿介電間隔件66形成合適晶種材料，且接著可由此一晶種材料磊晶生長石墨烯。例示性晶種材料可包含碳化矽及/或各種金屬(例如，釕、銥等等)。或者，可沿介電間隔件66形成石墨烯前驅體接著再轉化為石墨烯。一例示性石墨烯前驅體係氧化石墨，其可使用一或多種合適的還原劑(例如，肼)轉化為石墨烯。
在所示實施例中，僅沿介電襯墊66之一側壁形成該石墨烯結構70。在一些實施例中，此可藉由僅沿該介電襯墊之側壁提供適當的晶種材料及/或前驅體而完成。例如，可在該襯墊66之頂部上方以及沿該側壁沈積該晶種材料及/或前驅體，且接著進行各向異性蝕刻以僅沿該側壁留下該晶種材料及/或前驅體。或者，在一些實施例中，可先形成該石墨烯結構以跨該介電襯墊之上表面延伸，且甚至可能跨該導電結構62之上表面延伸。接著可使用CMP、各向異性蝕刻及/或其他適當處理自該等上表面上方移除該石墨烯結構，以形成圖9中所示之構造。
雖然導電結構60及62係經描述為於圖7之處理階段同時形成，但在其他實施例中可循序形成該等導電結構。例如，可在圖7之處理階段形成結構62，且可在形成該介電襯墊66及該石墨烯結構70之一或兩者後之處理階段形成結構60。
在形成石墨烯結構70之後，沿該導電結構60及介電間隔件64保留開口56之一部分(具體言之，此開口係在石墨烯結構70與該介電襯墊66相對之一側上)。如圖10中所示，隨後用介電材料72填充該開口。
在圖10之處理階段一平坦化上表面73跨構造50延伸。可利用諸如(例如)CMP之任何合適處理來形成此平坦化上表面。在所圖解說明之例示性實施例中在圖6至圖10之所有各種製程階段圖解說明構造50之平坦化上表面。在其他實施例中，在圖6至圖10之製程階段所提供之各種材料可留下非平坦化上表面，且接著可在形成用以填充開口56之最終材料(所示例示性實施例中之材料72)之後進行平坦化，以形成圖10之平坦化上表面73。
參考圖11，在平坦化上表面73上形成頂部電極18。該頂部電極18經展示包括導電材料20。可使用任何合適處理來形成該頂部電極。例如，可跨整個上表面73形成材料20且接著使用經光微影圖案化之光阻遮罩(未展示)及一或多個合適蝕刻圖案化來形成圖11之圖案化頂部電極18。
該頂部電極18與該向下延伸導電結構62電耦合，且該底部電極16與該向上延伸導電結構60電耦合。因此，圖11之構造包括類似於圖3之開關的開關12a，且該等結構60及62係類似於圖3之結構42及44。在操作中，結構60及62跨石墨烯結構70提供一電場，使得圖11之開關可類似於上文參考圖3描述之開關來操作。
整合式開關12a可使用於任何合適應用中。在一例示性應用中，該開關可代表跨用作記憶體陣列中之選擇裝置之一半導體構造同時製造之複數個大致相同開關。
圖12至圖15圖解說明用於製造含石墨烯之開關之另一例示性製程。
參考圖12，構造100包括基底14及支撐在此基底上方之一對間隔開之底部電極16。該基底14及該等電極16可包括上文參考圖1至圖4論述之組態及組合物之任一者。
該等底部電極經展示為在介電材料102內圖案化。該介電材料102可包括任何合適的電絕緣組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽玻璃之任一者，基本上由其等組成或由其等組成。
跨該等底部電極16及該介電材料102形成介電材料104，且在材料104內圖案化一開口106以曝露該等底部電極之上表面。可使用任何合適處理來形成該開口106；包含(例如)類似於上文參考圖5描述之用於在材料56內形成開口者之處理。
沿開口106之側壁且直接抵靠於該等電極16之上表面形成向上延伸導電結構108及110。可用類似於上文參考圖7描述之用於製造結構60及62者之處理來形成該等導電結構108及110。
該等結構108及110之導電材料已相對於材料104之頂部凹陷。因此，該等向上延伸結構108及110之最上方表面109及111係在開口106之頂部下方(即，係在介電材料104之頂部表面下方)。
一介電材料112經圖案化為沿導電結構108及110之側壁且在該等導電結構之頂部表面上方延伸之襯墊114。可使用任何合適處理來形成該等襯墊114。例如，可在材料104上方、沿結構108及110之側壁及跨開口106之底部表面形成材料112；且接著可單單進行各向異性蝕刻或組合使用圖案化遮罩(未展示)來將材料112圖案化為襯墊114。
在所示實施例中，該介電材料112可被視為在結構108及110上方形成類似於圖8之間隔件64的間隔件，且亦沿該等導電結構之側壁形成類似於圖9之襯墊66的襯墊。
在一些實施例中，該等介電材料104及112可分別稱為第一介電材料及第二介電材料。
參考圖13，沿該等襯墊114之側壁形成含石墨烯之結構116。可利用任何合適處理來形成該等含石墨烯之結構，包含(例如)類似於上文參考圖9描述之用於製造結構70者之處理。因此，可藉由(例如)由合適晶種材料磊晶生長石墨烯及/或將合適前驅體轉化為石墨烯來形成含石墨烯之結構。該含石墨烯之結構可僅沿襯墊114之側壁延伸(如所示)，或在其他實施例中可跨材料104及112之一或兩者之上表面延伸。
該等含石墨烯之結構116直接接觸該等底部電極16，且因此與該等底部電極電耦合。
參考圖14，將介電材料118形成為在介電材料104及112上方、沿含石墨烯之結構116之側壁且跨開口106之底部延伸。該介電材料118可包括任何合適組合物或組合物之組合，且可包括(例如)上文針對圖10之材料72論述之任何組合物。在一些實施例中，該介電材料118可稱為第三介電材料以使其與第一介電材料104及第二介電材料112區分。
在所示實施例中，在圖13之處理階段於形成含石墨烯之結構116之後底部電極16之區域保持曝露，且圖14之介電材料118覆蓋此等曝露區域。
沿介電材料118之橫向表面將導電材料120圖案化為導電結構122。可利用任何合適處理將材料120圖案化為所示導電結構。例如，可跨介電材料118保形地形成材料120，且接著可進行各向異性蝕刻以將材料120圖案化為所圖解說明之導電結構122。最終，結構122將成為類似於圖4之結構44之向下延伸導電結構。在所示實施例中，該等結構122藉由該介電材料118與該等底部電極16隔開。在其他實施例中，該等結構122可藉由經製造類似於圖6至圖11之間隔件58之介電間隔件與該等底部電極隔開。
跨材料118及120且在該等結構122之間之間隙內形成介電材料124以填充開口106。介電材料124可包括任何合適組合物或組合物之組合；且在一些實施例中可包括二氧化矽、氮化矽之一或多者及各種摻雜矽酸鹽之任一者，基本上由其等組成或由其等組成。在一些實施例中，該介電材料124可稱為第四介電材料。
參考圖15，使構造100經受平坦化(例如，CMP)以形成跨該等石墨烯結構116及該等導電結構122延伸之平坦化上表面125。於平坦化上表面125上形成一對頂部電極18。該等頂部電極係直接抵靠於含石墨烯之結構116及導電結構122；且因此與含石墨烯之結構116及導電結構122電耦合。該等頂部電極係藉由介電材料112與導電結構108及110隔開，且因此未與導電結構108及110電耦合。
圖15之構造係類似於圖4之構造，且因此包括彼此相鄰封裝之一對開關12a。在所示實施例中，該等開關係彼此沿垂直平面31之鏡像。圖12至圖15之處理在單一開口106內形成複數個開關12a。雖然所示處理形成一對開關，但亦可使用類似處理來在單一開口內形成兩個以上之開關。
圖式中之各種實施例之特定定向僅僅係為圖解說明目的，且在一些應用中該等實施例可相對於所示定向旋轉。本文提供之描述及隨後的申請專利範圍係關於在各種特徵之間具有所描述關係之任何結構，而無關於該等結構是否係在圖式之特定定向中或是否相對於該定向旋轉。
為簡化圖式，隨附圖解說明之橫截面視圖僅展示橫截面平面內之特徵，而不展示橫截面之平面後方的材料。
當一結構在上文被稱為在另一結構「上」或「抵靠於」另一結構時，其可直接在另一結構上或亦可存在介入結構。相對地，當一結構被稱為「直接在」另一結構「上」或「直接抵靠於」另一結構時，不存在介入結構。當一結構被稱為「連接」或「耦合」至另一結構時，其可直接連接或耦合至另一結構，或可存在介入結構。相對地，當一結構被稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一結構時，不存在介入結構。
在一些實施例中，本發明包含一種形成開關之方法。在一基底上方形成一底部電極。在該底部電極上方直接形成一第一導電結構。沿該第一導電結構之一側壁形成介電材料。該第一導電結構及該介電材料一起覆蓋該底部電極之一第一部分，同時使該底部電極之一第二部分維持曝露。形成一石墨烯結構，其與該底部電極之經曝露部分電耦合、沿著該介電材料且藉由該介電材料與該第一導電結構橫向隔開。在該石墨烯結構與該第一導電結構相對之側上形成一第二導電結構，且其係直接形成於該底部電極上方。在該石墨烯結構上方形成一頂部電極。該底部電極係與該第一導電結構及該第二導電結構之一者電耦合，且該頂部電極係與該第一導電結構及該第二導電結構之另一者電耦合。該第一導電結構及該第二導電結構係經組態以跨該石墨烯結構提供一電場。
在一些實施例中，本發明包含另一種形成開關之方法。在一底部電極上方形成第一導電結構及第二導電結構，且該第一導電結構及該第二導電結構係經形成為彼此橫向隔開。該第一導電結構直接接觸該底部電極，且該第二導電結構不直接接觸該底部電極。沿該第一導電結構及該第二導電結構之一者之一側壁形成一介電襯墊。該底部電極之一部分在形成該介電襯墊之後保持曝露。形成一石墨烯結構以沿該介電襯墊延伸且該石墨烯結構與該底部電極電耦合。在該石墨烯結構及該第一導電結構及該第二導電結構上方形成一頂部電極。該頂部電極與該石墨烯結構電耦合，直接接觸該第二導電結構，且不直接接觸該第一導電結構。該第一導電結構及該第二導電結構係經組態以跨該石墨烯結構提供一電場。
在一些實施例中，本發明包含一種形成複數個開關之方法。在一基底上方形成一對間隔開之底部電極，且在該等底部電極上方形成一第一介電材料。形成一開口以延伸穿過該第一介電材料且至該等底部電極。沿該開口之側壁形成一對向上延伸之導電結構。該等向上延伸導電結構之一者直接抵靠於該等底部電極之一者，且該等向上延伸導電結構之另一者直接抵靠於該等底部電極之另一者。沿該等向上延伸導電結構之側壁形成第二介電材料。該等底部電極之部分在形成該第二介電材料之後保持曝露。形成一對石墨烯結構以自該等底部電極之經曝露部分向上延伸。該等石墨烯結構之第一者與該等底部電極之一者電耦合且係直接位在該等底部電極之一者上方，且該等石墨烯結構之第二者與該等底部電極之另一者電耦合且係直接位在該等底部電極之另一者上方。沿該等石墨烯結構之側壁形成第三介電材料。沿該第三介電材料形成一對向下延伸之導電結構。在該等向下延伸導電結構之間形成第四介電材料。在該等石墨烯結構及該等向下延伸導電結構上方形成一對頂部電極。該等頂部電極之一者與該第一石墨烯結構電耦合且與該等向下延伸導電結構之一者電耦合。該等頂部電極之另一者與該第二石墨烯結構電耦合且與該等向下延伸導電結構之另一者電耦合。
10‧‧‧積體電路構造
10a‧‧‧構造
12‧‧‧含石墨烯開關
12a‧‧‧開關
14‧‧‧基底
16‧‧‧第一電極/底部電極
17‧‧‧底部電極之上表面
18‧‧‧第二電極/頂部電極
20‧‧‧導電電極材料
22‧‧‧空間
24‧‧‧石墨烯結構
25‧‧‧虛線
26‧‧‧節點
27‧‧‧軸
28‧‧‧節點
30‧‧‧導電材料
31‧‧‧垂直平面
32‧‧‧電路
34‧‧‧電路
40‧‧‧介電材料
42‧‧‧向上延伸導電結構
44‧‧‧向下延伸導電結構
45‧‧‧構造
50‧‧‧構造
52‧‧‧介電材料
54‧‧‧介電材料
55‧‧‧側壁
56‧‧‧開口
57‧‧‧側壁
58‧‧‧第一介電間隔件
60‧‧‧導電襯墊
62‧‧‧導電襯墊
64‧‧‧第二介電間隔件
66‧‧‧介電襯墊
68‧‧‧底部電極之經曝露部分
70‧‧‧石墨烯結構
72‧‧‧介電材料
73‧‧‧平坦化上表面
100‧‧‧構造
102‧‧‧介電材料
104‧‧‧第一介電材料
106‧‧‧開口
108‧‧‧向上延伸導電結構
109‧‧‧向上延伸結構之最上方表面
110‧‧‧向上延伸導電結構
111‧‧‧向上延伸結構之最上方表面
112‧‧‧第二介電材料
114‧‧‧襯墊
116‧‧‧含石墨烯結構
118‧‧‧第三介電材料
120‧‧‧導電材料
122‧‧‧導電結構
124‧‧‧第四介電材料
125‧‧‧平坦化上表面
EF‧‧‧電場
L‧‧‧石墨烯結構之長度
T‧‧‧石墨烯結構之厚度
W‧‧‧石墨烯結構之寬度
圖1係一例示性實施例開關之概略橫截面側視圖。
圖2係可使用於圖1之開關中之一例示性實施例石墨烯結構之概略三維圖式。
圖3係另一例示性實施例開關之概略橫截面側視圖。
圖4係包括一對例示性實施例開關之構造之概略橫截面圖。
圖5至圖11係在用於製造含石墨烯開關之一例示性實施例方法之各個階段之一構造之一部分之概略橫截面圖。
圖12至圖15係在用於在單一開口內製造複數個含石墨烯開關之一例示性實施例方法之各個階段之一構造之一部分之概略橫截面圖。
10‧‧‧積體電路構造
12‧‧‧含石墨烯開關
14‧‧‧基底
16‧‧‧第一電極/底部電極
18‧‧‧第二電極/頂部電極
20‧‧‧導電電極材料
22‧‧‧空間
24‧‧‧石墨烯結構
25‧‧‧虛線
26‧‧‧節點
27‧‧‧軸
28‧‧‧節點
30‧‧‧導電材料
32‧‧‧電路
34‧‧‧電路
40‧‧‧介電材料
EF‧‧‧電場
L‧‧‧石墨烯結構之長度
T‧‧‧石墨烯結構之厚度

权利要求:
Claims (20)
[1] 一種形成開關之方法，其包括：在一基底上方形成一底部電極；直接在該底部電極上方形成一第一導電結構；沿該第一導電結構之一側壁形成介電材料，該第一導電結構及該介電材料一起覆蓋該底部電極之第一部分且使該底部電極之第二部分保持曝露；形成一石墨烯結構，其與該底部電極之經曝露部分電耦合、沿該介電材料且藉由該介電材料與該第一導電結構橫向隔開；在該石墨烯結構與該第一導電結構相對之一側上形成一第二導電結構，該第二導電結構係直接位在該底部電極上方；在該石墨烯結構上方形成一頂部電極；該底部電極係與該第一導電結構及該第二導電結構之一者電耦合，該頂部電極係與該第一導電結構及該第二導電結構之另一者電耦合；及其中該第一導電結構及該第二導電結構係經組態以跨該石墨烯結構提供一電場。
[2] 如請求項1之方法，其中在該底部電極上方之一開口中形成該開關，且其中該開關係形成於該底部電極上方之該開口中之唯一開關。
[3] 如請求項1之方法，其中該開關係形成於一對底部電極上方之一共同開口中之一對開關之一者。
[4] 如請求項1之方法，其中該開關係形成於複數個底部電極上方之一共同開口中之複數個開關之一者。
[5] 如請求項1之方法，其中該形成該石墨烯結構包括：沿該介電材料形成晶種材料；及沿該晶種材料磊晶生長石墨烯。
[6] 一種形成開關之方法，其包括：在一底部電極上方形成第一導電結構及第二導電結構且該第一導電結構及該第二導電結構彼此橫向隔開；該第一導電結構直接接觸該底部電極，且該第二導電結構不直接接觸該底部電極；沿該第一導電結構及該第二導電結構之一者之一側壁形成一介電襯墊，該底部電極之一部分在形成該介電襯墊之後經曝露；沿該介電襯墊形成一石墨烯結構，該石墨烯結構與該底部電極電耦合；在該石墨烯結構及該第一導電結構及該第二導電結構上方形成一頂部電極；該頂部電極與該石墨烯結構電耦合，直接接觸該第二導電結構，且不直接接觸該第一導電結構；及其中該第一導電結構及該第二導電結構係經組態以跨該石墨烯結構提供一電場。
[7] 如請求項6之方法，其中該第一導電結構及該第二導電結構係同時形成。
[8] 如請求項6之方法，其中該第一導電結構及該第二導電結構係相對於彼此循序形成。
[9] 如請求項6之方法，其中在形成該石墨烯結構之後一開口保留在該底部電極上方；該開口係在該石墨烯結構與該介電襯墊相對之一側上，該方法進一步包括在形成該頂部電極之前用介電材料填充該開口。
[10] 如請求項6之方法，其中該介電襯墊包括第二介電材料，且該方法進一步包括：在該底部電極上方形成第一介電材料；形成一延伸穿過該第一介電材料至該底部電極之開口，該開口具有沿一橫截面之一對側壁；沿該等側壁之一者之一底部區域形成一介電間隔件；及沿該開口之該等側壁形成導電襯墊，該等襯墊之一者係該第一導電結構，且該等襯墊之另一者係該第二導電結構；該第二導電結構藉由該介電間隔件與該底部電極隔開。
[11] 如請求項10之方法，其中該形成該等導電襯墊包括：沿該開口之該等側壁且跨該開口之一底部沈積導電材料；及各向異性蝕刻該導電材料。
[12] 如請求項10之方法，其中該介電間隔件係第一介電間隔件，且該方法進一步包括在形成該頂部電極之前用第二介電間隔件取代該等導電襯墊之該一者之一頂部部分。
[13] 一種形成開關之方法，其包括：在一基底上方形成一對間隔開之底部電極；在該等底部電極上方形成第一介電材料；形成一延伸穿過該第一介電材料至該等底部電極之開口；沿該開口之側壁形成一對向上延伸導電結構，該等向上延伸導電結構之一者係直接抵靠於該等底部電極之一者，且該等向上延伸導電結構之另一者係直接抵靠於該等底部電極之另一者；沿該等向上延伸導電結構之側壁形成第二介電材料，該等底部電極之部分在形成該第二介電材料之後經曝露；形成一對自該等底部電極之該等經曝露部分向上延伸之石墨烯結構；該等石墨烯結構之第一者係與該等底部電極之一者電耦合且直接位在該等底部電極之一者上方；該等石墨烯結構之第二者係與該等底部電極之另一者電耦合且直接位在該等底部電極之另一者上方；沿該等石墨烯結構之側壁形成第三介電材料；沿該第三介電材料形成一對向下延伸導電結構；在該等向下延伸導電結構之間形成第四介電材料；及在該等石墨烯結構及該等向下延伸導電結構上方形成一對頂部電極；該等頂部電極之一者係與該第一石墨烯結構電耦合且與該等向下延伸導電結構之一者電耦合，且該等頂部電極之另一者係與該第二石墨烯結構電耦合且與該等向下延伸導電結構之另一者電耦合。
[14] 如請求項13之方法，其中該形成該等向上延伸導電結構包括：沿該開口之該等側壁且跨該開口之一底部沈積導電材料；各向異性蝕刻該導電材料；及使該導電材料相對於該開口之一頂部凹陷，以致該等向上延伸導電結構之上表面係在該開口之該頂部下方。
[15] 如請求項14之方法，其中該形成該第二介電材料包括：沿該等向上延伸導電結構且在該等向上延伸導電結構上方並跨該開口之一底部沈積該第二介電材料；及各向異性蝕刻該第二介電材料，以沿該等向上延伸導電結構之側壁形成介電襯墊，且在該等向上延伸導電結構上方形成介電間隔件。
[16] 如請求項15之方法，其中直接在該等介電間隔件上方形成該等頂部電極。
[17] 如請求項15之方法，其中該形成該等石墨烯結構包括：沿該等介電襯墊及該等介電間隔件之側壁沈積晶種材料；及沿該晶種材料磊晶生長石墨烯。
[18] 如請求項17之方法，其進一步包括各向異性蝕刻該晶種材料，以在生長該石墨烯之前自該等介電間隔件之頂部上方移除該晶種材料。
[19] 如請求項17之方法，其中該石墨烯生長在該等介電間隔件之頂部上方，且該方法進一步包括各向異性蝕刻該石墨烯，以自該等介電間隔件之該等頂部上方移除該石墨烯。
[20] 如請求項13之方法，其中在形成該等石墨烯結構之後該等底部電極之區域經曝露，其中該第三介電材料覆蓋此等經曝露區域，且其中該等向下延伸導電結構之底部藉由該第三介電材料與該等底部電極隔開。

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