(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属カルコゲニドの実質的に２次元（２Ｄ）の薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて、加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することと、
ｂ）前記金属含有分子層を、プラズマを用いて供給されたカルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスと反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することと、
ｃ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することとを備え、
前記金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し、Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドであり、
前記工程ｃ）の前記レーザアニーリングにおいて、レーザ光線がラスター走査される、
方法。
【請求項２】
前記金属Ｍは、ＭｏまたはＷであり、
前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記プラズマは、Ｘを含有するラジカルを含む、
請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ｘを含有するラジカルは、Ｈ２Ｓ＊を含む、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記基板を処理し、前記基板の前記表面から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を除去することをさらに備える、
請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する、
請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記ｃ）の工程を実行する前に、前記ａ）の工程および前記ｂ）の工程を複数回繰り返す、
請求項１から６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
金属カルコゲニドの実質的に２次元（２Ｄ）の薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて、加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することと、
ｂ）酸化前駆体ガスを前記金属含有分子層と反応させて、ＭＯ３層を形成することと、
ｃ）前記ａ）の工程と前記ｂ）の工程とを繰り返し、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することと、
ｄ）カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを、前記ＭＯ３薄膜と反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することと、
ｅ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することとを備え、
金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し、Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである、方法。
【請求項９】
前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかであり、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである、
請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ｄ）の工程は、プラズマを用いて、前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを供給することを含む、
請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスは、Ｈ２Ｓ＊を含む、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を除去することをさらに備える、
請求項８から１１の何れか１項に記載の方法。
【請求項１３】
実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する、
請求項８から１２の何れか１項に記載の方法。
【請求項１４】
実質的に２次元（２Ｄ）の金属カルコゲニド薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することと、
ｂ）酸化前駆体ガスを前記金属含有分子層と反応させて、ＭＯ３層を形成することと、
ｃ）前記ａ）の工程と前記ｂ）の工程とを繰り返し、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することと、
ｄ）前記ＭＯ３薄膜をレーザアニーリングし、ＭＯ３薄膜からＭＯ２薄膜を形成することと、
ｅ）カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを、前記ＭＯ２薄膜と反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することと、
ｆ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することと
を備え、
金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し、Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである、方法。
【請求項１５】
前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかであり、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ｅ）の工程は、プラズマを用いて、カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを供給することを含む、
請求項１４または１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスは、Ｈ２Ｓ＊を含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を除去することをさらに備える、
請求項１４から１７の何れか１項に記載の方法。
【請求項１９】
実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する、
請求項１４から１８の何れか１項に記載の方法。
【請求項２０】
原子層堆積処理を用いて、実質的に２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または実質的に２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）０．１トールから０．５トールの範囲内の圧力を有するチャンバ内部に前記基板を配設し、前記基板を１５０℃から５００℃の間の温度に加熱することと、
ｂ）金属Ｍを有するとともに、前記基板と反応し、前記基板上に残る金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に導入することと、
ｃ）前記チャンバ内部から過剰な金属含有前駆体ガスを除去することと、
ｄ）プラズマを用いて、前記チャンバ内部に、前記基板上に残存する前記金属含有前駆体ガスと反応するカルコゲニド前駆体ガスを導入し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成することと、
ｅ）前記チャンバ内部をパージすることと、
ｆ）前記非晶質薄膜上でレーザ光線をラスター走査し、前記非晶質薄膜を６００℃から１２００℃の間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を、前記基板表面に生成することと
を備える方法。
【請求項２１】
前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかである、
請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである、
請求項２０または２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記プラズマは、Ｘ含有ラジカルを含む、
請求項２０から２２の何れか１項に記載の方法。
【請求項２４】
前記Ｘ含有ラジカルは、Ｈ２Ｓ＊を含む、
請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を除去することをさらに含む、
請求項２０から２４の何れか１項に記載の方法。
【請求項２６】
前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する、
請求項２０から２５の何れか１項に記載の方法。
【請求項２７】
前記ｄ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される、
請求項２０から２６の何れか１項に記載の方法。
【請求項２８】
前記２Ｄの薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する、
請求項２０から２７の何れか１項に記載の方法。
【請求項２９】
前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される、
請求項２０から２８の何れか１項に記載の方法。
【請求項３０】
前記ｆ）の工程を実行する前に、前記ｂ）から前記ｅ）の工程が複数回繰り返される、請求項２０から２９の何れか１項に記載の方法。
【請求項３１】
原子層堆積処理を用いて、２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）０．１トールから０．５トールの範囲内の圧力を有するチャンバ内部に基板を配設し、前記基板を１５０℃から５００℃の間の初期温度に加熱することと、
ｂ）ＭｏおよびＷの何れかである金属Ｍを有する金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に供給し、過剰な金属含有前駆体ガスのすべてを除去することを含むことと、
ｃ）前記チャンバ内部に酸化前駆体ガスを供給してＭＯ３層を形成し、そして、過剰な酸化剤ガスのすべてを除去することと、
ｄ）前記ｂ）の工程と前記ｃ）の工程とを繰り返して複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することと、
ｅ）プラズマを用いて前記チャンバ内部にカルコゲニド前駆体ガスを導入し、前記カルコゲニド前駆体ガスが、前記ＭＯ３薄膜と反応し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成し、前記チャンバ内部をパージすることと、
ｆ）前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜上でレーザ光線を走査し、前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を、６５０℃から１２００℃の間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的な結晶質薄膜を生成することと
を備える、方法。
【請求項３２】
前記酸化前駆体ガスは、Ｈ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ＊およびＯ２の何れかである、
請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記カルコゲニド前駆体ガスは、硫黄を含む、
請求項３１または３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記金属含有前駆体ガスは、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６からなる前駆体ガスの群から選択される、請求項３１から３３の何れか１項に記載の方法。
【請求項３５】
前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する、
請求項３１から３４の何れか１項に記載の方法。
【請求項３６】
前記ｅ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される、請求項３１から３５の何れか１項に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板の前記表面から実質的に結晶質のＭＸまたはＭＸ２の薄膜を除去することをさらに備える、
請求項３１から３６の何れか１項に記載の方法。
【請求項３８】
レーザ走査は、ラスター走査で実行される、
請求項３１から３７の何れか１項に記載の方法。
【請求項３９】
前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される、
請求項３１から３８の何れか１項に記載の方法。
【請求項４０】
前記基板は、加熱されたチャックによって支持され、前記ａ）の工程において、前記基板は、前記加熱されたチャックによって前記初期温度に加熱される、請求項３１から３９の何れか１項に記載の方法。
【請求項４１】
前記ＭＯ３薄膜は、３層から８層の間のＭＯ３層を有する、
請求項３１から４０の何れか１項に記載の方法。
【請求項４２】
原子層堆積処理を用いて、２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法であって、
ａ）０．１トールから０．５トールの範囲内の圧力を有するチャンバ内部に基板を配設し、前記基板を１５０℃と５００℃との間の初期温度に加熱することと、
ｂ）ＭｏおよびＷの何れかである金属Ｍを有する金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に供給し、過剰な金属含有前駆体ガスのすべてを除去することを含むことと、
ｃ）前記チャンバ内部に酸化前駆体ガスを供給し、ＭＯ３層を形成し、そして、過剰な酸化ガスを除去することと、
ｄ）前記ｂ）の工程と前記ｃ）の工程とを繰り返し、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することと、
ｅ）前記ＭＯ３薄膜をレーザアニーリングし、ＭＯ２薄膜を形成することと、
ｆ）プラズマを用いて前記チャンバ内部にカルコゲニド前駆体ガスを導入し、前記カルコゲニド前駆体ガスが、前記ＭＯ２薄膜と反応し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成し、そして、前記チャンバ内部をパージすることと、
ｇ）前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜上でレーザ光線を走査し、前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を、６５０℃から１２００℃の間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的な結晶質薄膜を生成することと
を備える方法。
【請求項４３】
前記酸化前駆体ガスは、Ｈ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ＊およびＯ２の何れかである、
請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記カルコゲニド前駆体ガスは、硫黄を含む、
請求項４２または４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記金属含有前駆体ガスは、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６からなる前駆体ガスの群から選択される、
請求項４２から４４の何れか１項に記載の方法。
【請求項４６】
前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する、
請求項４２から４５の何れか１項に記載の方法。
【請求項４７】
前記ｅ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される、
請求項４２から４６の何れか１項に記載の方法。
【請求項４８】
前記基板の前記表面から実質的に結晶質のＭＸまたはＭＸ２の薄膜を除去することをさらに備える、
請求項４２から４７の何れか１項に記載の方法。
【請求項４９】
レーザ走査は、ラスター走査で実行される、
請求項４２から４８の何れか１項に記載の方法。
【請求項５０】
前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される、
請求項４２から４９の何れか１項に記載の方法。
【請求項５１】
前記基板は、加熱されたチャックによって支持され、前記ａ）の工程において、前記基板は、前記加熱されたチャックによって前記初期温度に加熱される、請求項４２から５０の何れか１項に記載の方法。
【請求項５２】
前記ＭＯ３薄膜は、３層から８層の間のＭＯ３層を有する、
請求項４２から５１の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、原子層堆積に関する。より具体的には、２次元（２Ｄ）金属カルコゲニド層のレーザを利用した原子層堆積に関する。
【０００２】
本明細書において言及されるあらゆる刊行物又は特許文献の全開示は、参照により本明細書中に組み込まれる。
【背景技術】
【０００３】
２次元（２Ｄ）材料は、シリコンの後継材料として可能性が積極的に追及されている。このような２Ｄ材料としては、グラフェンとカルコゲニドの２種類が挙げられる。これらは、ＭＸ（「金属モノカルコゲニド」）またはＭＸ２（「金属ジカルコゲニド」）の形態を有する。ここで、Ｍは金属原子であり、Ｘはカルコゲニドである。カルコゲニドは、Ｓ、ＳｅまたはＴｅの何れかであり得る。
【０００４】
現在、２Ｄ材料は、種々の技術を用いて形成される。これらの技術は、２つの主要なカテゴリー、すなわち、トップダウン法とボトムアップ法に分類される。トップダウン法は、問題となっている材料（例えば、ＭｏＳ２またはＷＳ２など）のバルク（３次元−３Ｄ）形態を剥離して２次元形態とする方法である。ＭｏＳ２では、この方法で、３次元ＭｏＳ２バルクから２次元ＭｏＳ２の薄膜を剥ぎ取る。その剥ぎ取り工程は、例えば、セロハンテープを使用して、３次元材料の表面を剥離するというように、純粋な物理的手段によって実施することができる。また、剥離は、電気化学的に実行することもできる。いずれの場合においても、剥離技術は、一度に極端に少量（例えば、平方ミクロン（μｍ２）オーダー）の２Ｄ材料しか得ることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ボトムアップ技術は、最初に金属酸化物の薄層を成長させ、その後、その薄層を処理して、２次元材料の広範囲の層に到達することによって、所望の２次元材料を少量だけしか生成できないという問題を改善しようとしている。ボトムアップ処理に使用される最も一般的な薄膜成長技術は、化学蒸着（ＣＶＤ）であった。この技術は、金属カルコゲニドを広範囲に製造することができる一方、２次元材料の単層を得るための処理の制御が困難である。それに加え、材料の品質が処理ごとに大きく変化しやすい。この点により、シリコンの代替としての材料のその後の使用が、非常に困難なものとなる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
レーザを利用した原子層堆積を用いた２次元金属カルコゲニド薄膜の形成方法が開示される。直接成長法は、加熱された基板の表面に金属含有分子層を接着することと、その後、前記金属含有分子層を、プラズマを用いて、供給されたカルコゲニドを含有するラジカル化された前駆体ガスと反応させて、金属カルコゲニドの非晶質２Ｄ薄膜を形成することと、その後、前記非晶質２Ｄ薄膜をレーザアニーリングして、金属カルコゲニドの結晶質２Ｄ薄膜を形成することとを含む。金属カルコゲニドの結晶質２Ｄ薄膜は、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し得る。ここで、Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである。ＭＯ３薄膜を形成することを含む間接成長法も、開示される。
【０００７】
本開示の一局面は、金属カルコゲニドの実質的に２次元（２Ｄ）の薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて、加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することを含む。また、この方法は、ｂ）前記金属含有分子層を、プラズマを用いて供給されたカルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスと反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｃ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し得る。Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである。
【０００８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属Ｍは、ＭｏまたはＷであり、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，Ｓｅ，およびＴｅのうちの何れかである。
【０００９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラズマは、Ｘを含有するラジカルを含む。
【００１０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記Ｘを含有するラジカルは、Ｈ２Ｓ＊を含む。
【００１１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板を処理し、前記基板の前記表面から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を除去することをさらに含む。
【００１２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する。
【００１３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｃ）の工程を実行する前に、前記ａ）の工程および前記ｂ）の工程を複数回繰り返す。
【００１４】
本開示の他の局面は、金属カルコゲニドの実質的に２次元（２Ｄ）の薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて、加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することを含む。また、この方法は、ｂ）酸化前駆体ガスを前記金属含有分子層と反応させて、ＭＯ３層を形成することを含む。また、この方法は、ｃ）前記ａ）の工程と前記ｂ）の工程とを繰り返し、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｄ）カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを、前記ＭＯ３薄膜と反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｅ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し得る。Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである。
【００１５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかであり、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである。
【００１６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記工程ｄ）は、プラズマを用いて、前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを供給することを含む。
【００１７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスは、Ｈ２Ｓ＊を含む。
【００１８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を除去することをさらに備える。
【００１９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する。
【００２０】
本開示の他の局面は、実質的に２次元（２Ｄ）の金属カルコゲニド薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）原子層堆積（ＡＬＤ）処理を用いて加熱された基板の前記表面に金属含有分子層を接着することを含む。また、この方法は、ｂ）酸化前駆体ガスを前記金属含有分子層と反応させて、ＭＯ３層を形成することを含む。また、この方法は、ｃ）前記ａ）の工程と前記ｂ）の工程とを繰り返し、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｄ）前記ＭＯ３薄膜をレーザアニーリングし、ＭＯ３薄膜からＭＯ２薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｅ）カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを、前記ＭＯ２薄膜と反応させ、非晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｆ）前記非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜をレーザアニーリングして、非晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜から、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜を形成することを含む。金属カルコゲニドは、ＭＸまたはＭＸ２の形態を有し得る。Ｍは金属であり、Ｘはカルコゲニドである。
【００２１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかであり、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである。
【００２２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｅ）の工程は、プラズマを用いて、カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスを供給することを含む。
【００２３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記カルコゲニド含有ラジカル化前駆体ガスは、Ｈ２Ｓ＊を含む。
【００２４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を除去することをさらに含む。
【００２５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの金属カルコゲニド薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する。
【００２６】
本開示の他の局面は、原子層堆積処理を用いて、実質的に２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または実質的に２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）０．１トール（Ｔｏｒｒ）から０．５トール（Ｔｏｒｒ）の範囲内の圧力を有するチャンバ内部に前記基板を配設し、前記基板を１５０℃と５００℃との間の温度に加熱することを含む。この方法は、ｂ）金属Ｍを有する金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に導入することを含む。前記金属含有前駆体ガスは、前記基板と反応し、前記基板上に残る。この方法は、ｃ）前記チャンバ内部から過剰な金属含有前駆体ガスを除去（パージ）することを含む。この方法は、ｄ）プラズマを用いて前記チャンバ内部にカルコゲニド前駆体ガスを導入することを含む。前記カルコゲニド前駆体ガスは、前記基板上に残存する前記金属含有前駆体ガスと反応し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成する。また、この方法は、ｅ）前記チャンバ内部をパージ（浄化）することを含む。また、この方法は、ｆ）前記非晶質薄膜上でレーザ光線を走査し、前記非晶質薄膜を６００℃と１２００℃との間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的な２Ｄ薄膜を前記基板表面に生成する。前記実質的な２Ｄ薄膜は、実質的に結晶質である。
【００２７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかである。
【００２８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記カルコゲニドＸは、Ｓ，ＳｅおよびＴｅのうちの何れかである。
【００２９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記プラズマは、Ｘ含有ラジカルを含む。
【００３０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記Ｘ含有ラジカルは、Ｈ２Ｓ＊を含む。
【００３１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板を処理し、前記基板の前記表面から実質的に結晶質かつ実質的に２Ｄの薄膜を除去することをさらに含む。
【００３２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する。
【００３３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｄ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される。
【００３４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記２Ｄの薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさを有する。
【００３５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｆ）の工程において、レーザ走査は、ラスター走査で実行される。
【００３６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される。
【００３７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｆ）の工程を実行する前に、前記ｂ）から前記ｅ）の工程が複数回繰り返される。
【００３８】
本開示の他の局面は、原子層堆積処理を用いて、２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）０．１トール（Ｔｏｒｒ）から０．５トール（Ｔｏｒｒ）の範囲内の圧力を有するチャンバ内部に基板を配設し、前記基板を１５０℃と５００℃との間の初期温度に加熱することを含む。また、この方法は、ｂ）金属Ｍを有する金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に供給し、過剰な金属含有前駆体ガスのすべてを除去（パージ）することを含む。前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかである。また、この方法は、ｃ）前記チャンバ内部に酸化前駆体ガスを供給してＭＯ３層を形成し、そして、過剰な酸化剤ガスのすべてを除去（パージ）することを含む。この方法は、ｄ）前記ｂ）の工程と前記ｃ）の工程とを繰り返して、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することを含む。この方法は、ｅ）プラズマを用いて前記チャンバ内部にカルコゲニド前駆体ガスを導入することを含む。前記カルコゲニド前駆体ガスは、前記ＭＯ３薄膜と反応し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成し、前記チャンバ内部をパージ（浄化）する。また、この方法は、ｆ）前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜上でレーザ光線を走査し、前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を、６５０℃と１２００℃との間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的な結晶質薄膜を生成する。
【００３９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記酸化前駆体ガスは、Ｈ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ＊およびＯ２の何れかである。
【００４０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記カルコゲニド前駆体ガスは、硫黄を含む。
【００４１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属含有前駆体ガスは、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６からなる前駆体ガスの群から選択される。
【００４２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する。
【００４３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｅ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される。
【００４４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板の前記表面から実質的に結晶質のＭＸまたはＭＸ２の薄膜を除去することをさらに含む。
【００４５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、レーザ走査は、ラスター走査で実行される。
【００４６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される。
【００４７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板は、加熱されたチャックによって支持され、前記ａ）の工程において、前記基板は、前記加熱されたチャックによって前記初期温度に加熱される。
【００４８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ＭＯ３薄膜は、３層から８層の間のＭＯ３層を有する。
【００４９】
本開示の他の局面は、原子層堆積処理を用いて、２次元（２Ｄ）の金属モノカルコゲニド（ＭＸ）薄膜または２次元（２Ｄ）の金属ジカルコゲニド（ＭＸ２）薄膜を基板の表面に形成する方法である。この方法は、ａ）０．１トール（Ｔｏｒｒ）から０．５トール（Ｔｏｒｒ）の範囲内の圧力を有するチャンバ内部に基板を配設し、前記基板を１５０℃と５００℃との間の初期温度に加熱することを含む。また、この方法は、ｂ）金属Ｍを有する金属含有前駆体ガスを前記チャンバ内部に供給することを含む。ここでは、過剰な金属含有前駆体ガスのすべてを除去（パージ）することを含み、前記金属Ｍは、ＭｏおよびＷの何れかである。また、この方法は、ｃ）前記チャンバ内部に酸化前駆体ガスを供給し、ＭＯ３層を形成し、そして、過剰な酸化ガスを除去（パージ）することを含む。また、この方法は、ｄ）前記ｂ）の工程と前記ｃ）の工程とを繰り返して、複数のＭＯ３層を有するＭＯ３薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｅ）前記ＭＯ３薄膜をレーザアニーリングし、ＭＯ２薄膜を形成することを含む。また、この方法は、ｆ）プラズマを用いて前記チャンバ内部にカルコゲニド前駆体ガスを導入することを含む。前記カルコゲニド前駆体ガスは、前記ＭＯ２薄膜と反応し、ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を生成し、そして、前記チャンバ内部をパージ（浄化）する。また、この方法は、ｇ）前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜上でレーザ光線を走査し、前記ＭＸまたはＭＸ２の非晶質薄膜を、６５０℃と１２００℃との間の温度に加熱し、ＭＸまたはＭＸ２の実質的な結晶質薄膜を生成する。
【００５０】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、酸化前駆体ガスは、Ｈ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ＊およびＯ２の何れかである。
【００５１】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記カルコゲニド前駆体ガスは、硫黄を含む。
【００５２】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記金属含有前駆体ガスは、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６からなる前駆体ガスの群から選択される。
【００５３】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記レーザ光線は、５３２ｎｍの公称波長を有する。
【００５４】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ｅ）の工程において、前記カルコゲニド前駆体ガスを供給することは、連続的に、あるいは、間欠的に実行される。
【００５５】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記方法は、前記基板の前記表面から実質的に結晶質のＭＸまたはＭＸ２の薄膜を除去することをさらに含む。
【００５６】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、レーザ走査は、ラスター走査で実行される。
【００５７】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板は、シリコンまたはサファイアで形成される。
【００５８】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記基板は、加熱されたチャックによって支持され、前記ａ）の工程において、前記基板は、前記加熱されたチャックによって前記初期温度に加熱される。
【００５９】
本開示の他の局面は、上述の方法であって、前記ＭＯ３薄膜は、３層から８層の間のＭＯ３層を有する。
【００６０】
さらなる特徴点及び利点は、以下の詳細な説明に明記される。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面に記載された実施形態を実施することによって認識されるであろう。上記の概要及び下記の詳細な説明に関する記載は、単なる例示であって、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
添付図面は、さらなる理解を提供するために含まれており、本明細書の一部を構成すると共に本明細書の一部に組み込まれる。図面は、１または複数の実施形態を示しており、詳細な説明と共に種々の実施形態の原理や動作を説明する役割を担う。このように、本開示は、添付図面と共に以下に示す詳細な説明からより完全に理解されることになるであろう。
【図１】図１は、本明細書に開示されたレーザ利用ＡＬＤに基づく方法を実行するためのレーザ利用ＡＬＤシステムの一例を示す模式図である。
【図２】図２は、２つの処理チャンバを含むＡＬＤシステムの一例を示す模式図である。
【図３Ａ】図３Ａは、基板の断面図である。図３Ａは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する直接成長法の例を示す。
【図３Ｂ】図３Ｂは、基板の断面図である。図３Ｂは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する直接成長法の例を示す。
【図３Ｃ】図３Ｃは、基板の断面図である。図３Ｃは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する直接成長法の例を示す。
【図４Ａ】図４Ａは、基板の断面図である。図４Ａは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【図４Ｂ】図４Ｂは、基板の断面図である。図４Ｂは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【図４Ｃ】図４Ｃは、基板の断面図である。図４Ｃは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【図４Ｄ】図４Ｄは、基板の断面図である。図４Ｄは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【図４Ｅ】図４Ｅは、基板の断面図である。図４Ｅは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【図４Ｆ】図４Ｆは、基板の断面図である。図４Ｆは、実質的に２ＤのＭＸまたはＭＸ２薄膜を形成する間接成長法の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００６２】
以降、本開示の様々な実施形態、および、添付の図面に示される複数の例について詳述する。図面において可能な限り、同一または類似の部分には、同一または類似の参照番号および参照符号が用いられる。図面には決まった縮尺がなく、当業者であれば、図面は本発明の主要な部分を説明するために簡略化されていることに気づくであろう。
【００６３】
下記の特許請求の範囲の記載は、発明の詳細な説明に組み込まれると共にその一部を構成する。
【００６４】
いくつかの図面において、参考のためにデカルト座標が描かれているが、これは方向および配置位置を限定するものではない。
【００６５】
本明細書では、「方法」及び「処理」との用語は、互換可能に使用される。
【００６６】
本明細書に記載のあらゆる上限および下限、並びに範囲は、特段の断りがなければ、上限値および下限値を含む。
【００６７】
本発明において形成される薄膜に関連して用いられる「実質的に２Ｄ」との用語は、薄膜が一層または数層（例えば、１層から５層、または、１層から３層）を有することを意味する。
【００６８】
本明細書において形成される薄膜に関連して用いられる「実質的に結晶質」との用語は、薄膜が、広範囲で共通の結晶構造を有することを意味する。ここで、その薄膜を形成する分子は、通常、非晶質構造と比較して、規則的で周期的な配向を有する。非晶質構造では、分子は規則的に配列していない。
【００６９】
レーザ利用ＡＬＤシステム
図１は、本明細書に開示された方法を実行するためのレーザ利用ＡＬＤシステム（「システム」）１０の一例の模式図である。このシステムは、以下で説明される。一例のシステム１０は、マサチューセッツ州のウォルサムにあるケンブリッジナノテック（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ  Ｎａｎｏｔｅｃｈ）から入手可能なフィジーシリーズモジュールの高真空プラズマ系ＡＬＤシステムの一つである。
【００７０】
システム１０は、ＡＬＤ処理チャンバ１４を含む。ＡＬＤ処理チャンバ１４は、中心軸ＡＣを含む。中心軸ＡＣは、ｚ方向に延び、メインチャンバ１６の中心を通る。メインチャンバ１６は、少なくとも一つの側壁２０、頂壁２２、および底壁２４によって規定される。頂壁２２は、開口部２３を含む。メインチャンバ１６は、メインチャンバ内部（「内部」）１８を含む。
【００７１】
またシステム１０は、プラズマ源２５を含む。プラズマ源２５は、メインチャンバ１６に対して動作可能に配置され、ＡＬＤ処理チャンバ１４の移行部２６を介して内部１８と連通している。移行部２６は、移行部内部２８を含み、幅狭の開口端３２および幅広の開口端３４を有する円錐壁３０によって規定される。ここで、幅狭の開口端３２は、プラズマ源２５に最も近い位置に動作可能に配置される。幅広の開口端３４は、開口部２３において頂壁２２に動作可能に配置される。一例では、円錐壁３０は、透明窓３６を支持する。
【００７２】
またシステム１０は、内部１８に動作可能に配置されたチャック３８を含む。チャック３８は、基板４０を動作可能に支持する。基板４０は、上面４２を有する。上面４２では、レーザ利用ＡＬＤ法が実施される。一例では、基板４０は、シリコンまたはサファイアである。その他の基板を使用することもできる。シリコンまたはサファイアの基板４０は、幅広く利用されているという理由、および、半導体処理の設備および装置（例えば、チャック３８）が、一般的に、シリコンまたはサファイアの基板４０を取り扱うために設計されている理由でのみ、好適に用いられる。基板４０の上面４２は、通常、空気にさらされると、ＯＨ−分子を含むことに着目すべきである。本技術分野では知られているが、このような分子は、後述するように、ＡＬＤ処理においてある役割を果たす。
【００７３】
基板４０は、本明細書に開示される方法において用いられる。この方法は、広範囲な金属カルコゲニドの２Ｄ薄膜を形成するためのものである。多くの従来の方法では、２Ｄ材料は、非常に小さな（例えば、数ミリメートルの径の）薄片の形態である。一例では、広範囲な２Ｄ薄膜は、２５ｍｍ×２５ｍｍ以上の大きさ、または、５０ｍｍ×５０ｍｍ以上の大きさ、または、１００ｍｍ×１００ｍｍ以上の大きさを有する。３００ｍｍ径の広範囲な薄膜は、多くのより小さな径の薄膜に分けられるが、依然として広範囲な２Ｄ薄膜である。
【００７４】
またシステム１０は、レーザ源５０を含む。レーザ源５０は、ＡＬＤ処理チャンバ１４に対して動作可能に配置されている。これにより、レーザ源５０を選択的に活性化し、レーザ光線５２を生成することができる。レーザ光線５２は、透明窓３６を通過し、内部１８へ入射する。その後、レーザ光線５２は、基板４０の上面４２に照射されるか、あるいは、より具体的には、後述するように、基板４０の上面４２に形成された特定の薄膜に照射される。一例では、チャック３８は、基板４０を、処理用の初期温度に加熱するように構成されうる。一例では、レーザ源５０は、ＹＡＧレーザである。ＹＡＧレーザは、５３２ｎｍの波長を有するレーザ光線５２を出射する。レーザ光線５２が基板４０の上面４２または基板４０の上面４２上に形成された薄膜を加熱することができる他の種類のレーザ源５０を使用することもできる。一例では、チャック３８は、両矢印ＡＲで示されるように、ｘ−ｙ面を移動可能であり、基板４０の上面４２上でレーザ光線５２を走査することができる。一例では、チャック３８は、ｚ方向に調整可能（例えば、移動可能）であってもよい。またあるいは、チャック３８を固定した状態で、レーザ光線５２を基板４０上で走査することもできる。または、レーザ光線５２が拡大され、基板４０の上面４２のより広範な領域を覆ってもよい。
【００７５】
またシステム１０は、前駆体ガス源６０，７０および８０を含んでいてもよい。前駆体ガス源６０，７０および８０は、前駆体ガス６２，７２および８２をそれぞれ供給する（例えば、導入する）ように構成される。後述のいくつかの方法では、２種類の前駆体ガスのみが使用される。一方、いくつかの方法では、３種類の前駆体ガス６２，７２および８２が使用される。いくつかの例では、前駆体ガス６２，７２および８２は、プラズマ源２５を用いてプラズマＸＰの一部として供給される。
【００７６】
一例では、前駆体ガス６２，７２および８２の導入は、制御部（図示せず）の操作を介して制御されるか、手動で実行される。後述の例では、プラズマ源２５が使用され、後述するように、前駆体ガス７２からプラズマＸＰを形成する。プラズマＸＰは、ラジカル化された前駆体ガス７２＊を含む。一例では、ラジカル化された前駆体ガス７２＊は、カルコゲニドＸ（カルコゲニド前駆体ガス）を含む。そのため、プラズマＸＰは、Ｘ含有プラズマまたはカルコゲニド含有プラズマと呼ばれ、ラジカル化された前駆体ガス７２＊は、Ｘ含有ガスまたはカルコゲニド含有ガスと呼ばれる。プラズマＸＰは、移行部２６の移行部内部２８を通って、プラズマ源２５から内部１８へ供給される。
【００７７】
またシステム１０は、不活性ガス源９０を含む。不活性ガス源９０は、不活性ガス９０を内部１８へ供給する。一例では、不活性ガス９２は、Ｎ２，ＡｒまたはＨ２である。不活性ガス源９０は、パージガスとして不活性ガス９２（Ｎ２およびＡｒ）を用いることによって、内部１８をパージ（浄化）するために使用されうる。Ｈ２ガスは、還元環境を作るために使用されうる。還元環境下では、成長薄膜としての金属カルコゲニドの還元が行われる。
【００７８】
またシステム１０は、真空システム９６を含む。真空システム９６は、内部１８を脱気し、ＡＬＤに基づく方法を開始するために使用される。また、真空システム９６は、本明細書に開示されたレーザ利用ＡＬＤ法の種々の工程（パージ工程を含む）において、過剰な前駆体ガス６２，７２および８２を除去する際にも用いられる。本明細書で説明する方法の例では、パージ工程は、内部１８を不活性ガス９２でフラッシュし（洗い流し）、その後、不活性ガス９２、あらゆる残留前駆体ガス６２，７２および８２、並びに、真空システム９６を用いた反応副産物を除去することを含む。本明細書で説明するＡＬＤに基づく反応は、自己制御されることに留意すべきである。そのため、一般に、反応しない残余の前駆体ガス６２，７２および８２が存在することになる。残余の前駆体ガス６２，７２および８２は、次の前駆体ガス６２，７２および８２が導入される前に、内部１８から除去される必要がある。
【００７９】
２個のチャンバシステムおよび方法
一例では、本明細書に記載の方法は、単一のＡＬＤ処理チャンバ１４で実行することができる。図２に示す一例のシステム１０では、システム１０は、第１のチャンバとしてのＡＬＤ処理チャンバ１４とともに、第２のＡＬＤ処理チャンバ１１４を含む。そして、本明細書に記載された方法は、一つ以上の処理チャンバを用いて実行される。図２のシステム１０の構成により、後述するように、処理における最初の工程を、第１のＡＬＤ処理チャンバ１４内で実行し、その後、基板４０を取り除き、第２のＡＬＤ処理チャンバ１１４内に配置し、ここで処理を継続し、最終の２Ｄ層を生成することができる。一例では、第２のＡＬＤ処理チャンバ１１４は、第２のレーザ光線５２を用いてレーザ処理を実行するように構成することもできる。
【００８０】
直接成長法
ここで、例として、ＭｏＳ２の形態での金属ジカルコゲニドの実質的な２Ｄ層を形成することを挙げて、「直接成長」方法と呼ばれる第１の方法について説明する。後述するように、ＭｏＳｅ，ＭｏＴｅ、ＷＴｅなどの金属モノカルコゲニドＭＸを形成するために、同様の方法が用いられる。採用される特定の金属Ｍと特定のカルコゲニドＸとの価数に応じて、金属モノカルコゲニドまたは金属ジカルコゲニドが形成される。
【００８１】
図１に示すように、基板４０は、内部１８のチャック３８上に配置され、真空システム９６を使用して、チャンバ圧力を、例えば０．１トールから０．５トールの範囲内に減圧する。基板４０は、その後、（例えば、チャック３８を介して）初期処理温度に加熱される。一例では、初期処理温度は、１５０℃から５００℃の範囲内であり得る。
【００８２】
その後、ＡＬＤ処理が開始される。ＡＬＤ処理は多くの工程を含む。第１工程は、内部１８に第１前駆体ガス６２を供給することを含む。ここで、第１前駆体ガス６２は、例えば、ＭｏＣｌ５などのモリブデン含有ガスなどの金属含有前駆体ガスである。一例では、第１前駆体ガス６２は、選択金属Ｍおよび化学リガンドを含む。第１前駆体ガス６２は、基板４０の上面４２上で、上述のＯＨ−分子（ＯＨ−基）と結合する。一例では、第１前駆体ガス６２は、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６の少なくとも何れか一つを含む。
【００８３】
第２工程では、過剰の第１前駆体ガス６２が、例えば、不活性ガス９２および真空システム９６を用いて、揮発性副生物とともにパージされる。
【００８４】
第３工程では、第２前駆体ガス７２が、連続的に、あるいは、間欠的に供給される。第２前駆体ガス７２は、カルコゲニド含有ガスまたは「Ｘ含有」ガス（例えば、Ｈ２Ｓ、ジメチルジスルフィド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジスルフィドなどの硫黄含有ガス）である。間欠的な方法では、第２前駆体ガス源７０に高速で開閉するバルブ（図示せず）が設けられる。
【００８５】
第２前駆体ガス７２は、移行部２６に供給される。移行部２６は、Ｘ含有プラズマＸＰを生成する。上述したように、Ｘ含有プラズマＸＰは、ラジカル化されたＸ含有前駆体ガス７２＊を含む。後述するように、ラジカル化されたＸ含有前駆体ガス７２＊は、硫黄を含有していると考えられる。例えば、ラジカル化されたＸ含有前駆体ガス７２＊は、Ｈ２Ｓ＊で示される硫化水素ラジカルを含む。第１前駆体ガス６２は、基板４０の上面４２上に結合している。そして、第１前駆体ガス６２は、ラジカル化されたＸ含有前駆体ガス７２＊中で、特定のカルコゲニドＸと相互作用し、図３Ａに示すように、ＭＸまたはＭＸ２の少なくとも一層１１０の第１薄膜１００を形成する。一例の反応は、
ＭｏＣｌ５＋Ｈ２Ｓ＊→ＭｏＳ２＋ＨＣｌ
で示される。
【００８６】
第１薄膜１００は、層１１０の副単分子層（副単一層）、単分子層（単一層）、または複数層で形成されうる。副層１１０は、例えば、一つ以上の島状体などの完全な層に満たない層である。層１１０は非晶質である。第１薄膜１００が副層１１０によって規定されるか、あるいは第１薄膜１００が完全な薄膜を形成しない（例えば、上述の島状体を形成する）場合、上述の第１工程から第３工程が複数サイクル実行され、少なくとも単一層１１０が得られ、第１薄膜１００を形成する。一例では、第１薄膜１００は、ＭＸまたはＭＸ２の一つの層１１０または数枚の層１１０（例えば、１層から５層、または、１層から３層）を含む。
【００８７】
第４工程では、過剰のＨ２Ｓ＊および揮発性副生物がパージされる。
【００８８】
図３Ｂに示される第５工程では、第１薄膜１００上でレーザ光線５２が走査（例えば、ラスター走査）され、第１薄膜１００を６５０℃から１２００℃の範囲内の温度に上昇させる。この処理は、レーザアニーリングと呼ばれ、非晶質の第１薄膜１００を、実質的に配列した、あるいは実質的に結晶質の薄膜２００とする。図３Ｃに示すように、薄膜２００は、ＭＸまたはＭＸ２の一つの層２１０または数枚の層２１０で形成される。一例では、実質的に結晶質の薄膜２００は、ＭｏＳ２で構成される。実質的に結晶質の薄膜２００は、実質的に２Ｄあるいは「準２Ｄ」である。これは、薄膜２００が、例えば、１層から５層、または、１層から３層の１または複数の層２１０で構成され得ることを意味する。
【００８９】
ＭＸまたはＭＸ２の実質的に結晶質の薄膜２００が形成されると、内部１８は、不活性ガス９２を用いて大気に開放される。基板４０、および、基板上に形成されたＭＸまたはＭＸ２の実質的に結晶質の薄膜２００は、メインチャンバ１６から取り除かれる。
【００９０】
その後、基板４０は処理され、基板４０の上面４２から実質的に結晶質の薄膜２００が分離される。この処理は、多くの公知の方法の何れかを用いて実施されることができる。例えば、ある技術では、サファイア基板４０から実質的に結晶質の薄膜２００を分離するには、以下の方法が実行される。ａ）実質的に結晶質の薄膜２００が、ＰＭＭＡフォトレジストでスピンコートされる。ｂ）その後、ＰＭＭＡ被覆された実質的に結晶質の薄膜２００は、ＮａＯＨ溶液に浸漬される。ＮａＯＨ溶液は、ＰＭＭＡ被覆された実質的に結晶質の薄膜２００を基板４０から引き離す。ｃ）その後、ＰＭＭＡ被覆された実質的に結晶質の薄膜２００は、ＳｉＯ／Ｓｉ表面に集積され、乾燥される。ｄ）その後、ＰＭＭＡ被膜は、アセトンなどの適切な溶媒を用いて除去され、乾燥される。これにより、ＳｉＯ／Ｓｉ表面には実質的に結晶質の薄膜２００のみが残る。
【００９１】
間接成長法
ここで、例として、Ｍ＝ＭｏおよびＸ＝Ｓの場合を用いて、本明細書において「間接成長」法と呼ばれる第２の方法について説明する。上述したように、ＭｏＳｅ，ＭｏＴｅ、ＷＴｅなどの金属モノカルコゲニドＭＸを形成するために、同様の方法が用いられる。金属ＭとカルコゲニドＸとの価数に応じて、金属モノカルコゲニドまたは金属ジカルコゲニドが形成される。
【００９２】
第２の方法では、基板４０を、内部１８のチャック３８上に配設し、真空システム９６を使用してチャンバ圧力を例えば０．１トールから０．５トールの範囲内に減圧する。基板４０は、その後、（例えば、チャック３８を介して）初期処理温度に加熱される。一例では、初期処理温度は、１５０℃から５００℃の範囲内であり得る。
【００９３】
その後、ＡＬＤ処理が開始される。ＡＬＤ処理は多くの工程を実行することを含む。これらの工程は、記載されているいくつかの選択的な工程を含む。
【００９４】
第１工程は、内部１８に第１前駆体ガス６２を供給することを含む。ここで、第１前駆体ガス６２は、モリブデンなどの金属Ｍを含む金属含有前駆体ガス（例えば、ＭｏＣｌ５）である。一例では、第１前駆体ガス６２は、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）モリブデン、ＭｏＣｌ５、モリブデンヘキサカルボニル、ビス（ｔｅｒｔ−ブチルイミド）ビス（ジメチルアミド）タングステン、ＷＨ２（ｉＰｒＣｐ）２およびＷＦ６の少なくとも何れか一つを含む。直接成長法と同様に、第１前駆体ガス６２は、基板４０の上面４２上で、上述のＯＨ−基と結合する。
【００９５】
第２工程は、過剰の第１前駆体ガス６２を内部１８からパージすることを含む。
【００９６】
第３工程は、酸化前駆体ガス（例えば、Ｈ２Ｏ，Ｏ３，Ｏ２，Ｏ＊、など）の形態の第２前駆体ガス８２を導入し、基板４０の上面４２に結合している第１前駆体ガス６２と反応させて、図４Ａに示すように、基板４０の上面４２に金属酸化物（ＭＯＸ）層３１０を生成することを含む。一例では、第２前駆体ガス８２は、移行部２６を介して供給され得る。一例の反応は、
ＭｏＣｌ５＋Ｈ２Ｏ→ＭｏＯ３＋揮発性副生物
で示される。
【００９７】
第４工程は、必要に応じて第１工程から第３工程を繰り返し、１または複数のＭＯＸ層３１０を形成し、ＭＯＸ薄膜３００を形成する。一例では、図４Ｂに示すように、ＭＯＸ薄膜３００は、３層から８層のＭＯＸ層３１０を有する。複数のＭＯＸ層３１０を有するＭＯＸ薄膜３００を形成する理由の一つは、層のいくつかが、その後の化学反応で消費されるためである。
【００９８】
図４Ｃに示すように、任意の第５工程は、第１レーザアニーリング工程を含む。この工程では、レーザ光線５２が、ＭＯＸ薄膜３００上で走査（ラスター走査）され、Ｈ２雰囲気内でＭＯＸ薄膜３００を５００℃から１０００℃の範囲内の温度に上昇させる。これにより、ＭｏＯ３は、ＭｏＯ２に還元される。パージ工程が実行され、過剰のＨ２およびその他のあらゆる揮発性副生物が除去される。
【００９９】
第６工程は、Ｘ含有ガスの形態の第３前駆体ガス７２を移行部２６に導入し、Ｘ含有プラズマＸＰを形成することを含む。Ｘ含有ガスは、例えば、硫黄含有ガス（例えば、Ｈ２Ｓ、ジメチルジスルフィド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルジスルフィドなど）である。Ｘ含有プラズマＸＰは、ラジカル化された前駆体ガス７２＊を含む。ラジカル化された前駆体ガス７２＊は、連続的に、あるいは、間欠的に供給されることができ、ＭＯ３薄膜３００（任意の第５工程が実施されなかった場合）と反応する。これにより、図４Ｄに示すように、ＭＸまたはＭＸ２の一つの層４１０または数枚の層４１０（例えば、１層から５層、または、１層から３層）を有する非晶質の薄膜４００が形成される。
【０１００】
一例の反応は、
ＭｏＯ３＋Ｈ２Ｓ＊→ＭｏＳ２＋揮発性副生物（任意のレーザアニーリングなし）
ＭｏＯ２＋Ｈ２Ｓ＊→ＭｏＳ２＋揮発性副生物（任意のレーザアニーリングあり）
を含む。
【０１０１】
図４Ｅに示すように、第７工程は、第２アニーリング工程を含む。この工程では、レーザ光線５２が、非晶質の薄膜４００上で走査（ラスター走査）され、その薄膜４００を６５０℃から１２００℃の範囲内の温度に達せさせる。これにより、ＭＸまたはＭＸ２の１または複数の層５１０で形成される実質的に結晶質の薄膜５００が形成される。実質的に結晶質の薄膜５００は、「準２Ｄ」あるいは実質的に２Ｄである。これは、薄膜５００が、例えば、１層から５層、または、１層から３層の１または複数の層５１０を含むことを意味する。
【０１０２】
ＭＸまたはＭＸ２の準結晶質の薄膜５００が形成されると、内部１８は、不活性ガス９２を用いて大気に開放される。基板４０、および、基板上に形成された結晶質の薄膜５００は、メインチャンバ１６から取り除かれる。上述したように、第６工程および第７工程は、第２のＡＬＤ処理チャンバ１１４内で実行され得る。
【０１０３】
基板４０が内部１８から取り除かれると、実質的に２Ｄおよび実質的にＭＸまたはＭＸ２の結晶質の薄膜５００は、直接成長法に関して上述したような周知技術を用いて基板から引き剥がされる。
【０１０４】
当業者には明白であるが、添付される特許請求の範囲で規定された本開示の精神または範囲から逸脱することなく、本明細書中に記載された本開示の好ましい実施形態に対して様々な変更を加えることができる。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内で行われる本開示の修正及び変更を包含する。 
【図１】
0006392282.tif 000002
【図２】
0006392282.tif 000003
【図３Ａ】
0006392282.tif 000004
【図３Ｂ】
0006392282.tif 000005
【図３Ｃ】
0006392282.tif 000006
【図４Ａ】
0006392282.tif 000007
【図４Ｂ】
0006392282.tif 000008
【図４Ｃ】
0006392282.tif 000009
【図４Ｄ】
0006392282.tif 000010
【図４Ｅ】
0006392282.tif 000011
【図４Ｆ】
0006392282.tif 000012