本申請要求2015年7月31日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請No.10-2015-0108864的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容全部在此引入作為參考。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開內(nèi)容涉及擴(kuò)散阻擋層、包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體、和/或包括所述多層結(jié)構(gòu)體的器件。

背景技術(shù)：

通常，許多電子器件和半導(dǎo)體器件是通過將半導(dǎo)體、絕緣體和導(dǎo)體彼此組合和連接而制造的。例如，多種集成電路(IC)是通過如下制造的：在半導(dǎo)體基底上形成多個單元元件并且在所述多個單元元件上重復(fù)地堆疊絕緣層(層間絕緣層)和電極線。

然而，當(dāng)所述電子器件或半導(dǎo)體器件以該方式制造或在運(yùn)行下時，由于電壓或電流的施加，其構(gòu)成層的溫度可升高并且可出現(xiàn)電應(yīng)力。因此，材料(原子)在相鄰的構(gòu)成層之間擴(kuò)散，由此造成所述電子器件或半導(dǎo)體器件的特性的劣化以及其可靠性和耐久性的降低。隨著所述電子器件或半導(dǎo)體器件的集成程度提高，更難解決由材料在構(gòu)成層之間的擴(kuò)散造成的限制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

提供具有優(yōu)異特性的擴(kuò)散阻擋層和/或包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體。

提供包括二維(2D)材料的擴(kuò)散阻擋層和/或包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體。

提供可形成為具有非常小的厚度以適合于高集成度器件的擴(kuò)散阻擋層和/或包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體。

提供包括所述擴(kuò)散阻擋層和/或所述多層結(jié)構(gòu)體的器件。

提供形成所述擴(kuò)散阻擋層的方法和/或制造所述器件的方法。

另外的方面將部分地在隨后的描述中闡明，并且將部分地從所述描述明晰，或者可通過實(shí)例實(shí)施方式的實(shí)踐而知曉。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，多層結(jié)構(gòu)體包括第一材料層、第二材料層和擴(kuò)散阻擋層。所述第二材料層連接至所述第一材料層并且與所述第一材料層隔開。所述擴(kuò)散阻擋層在所述第一材料層和所述第二材料層之間。所述擴(kuò)散阻擋層包括非基于石墨烯的二維(2D)材料。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的基于金屬硫?qū)倩锏牟牧稀?/p>

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、锝(Tc)、錸(Re)、釕(Ru)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鍺(Ge)和鉛(Pb)的金屬元素。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自硫(S)、硒(Se)、碲(Te)和氧(O)的硫?qū)僭亍?/p>

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可包括過渡金屬二硫?qū)倩?TMDC)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)或八面體晶體結(jié)構(gòu)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約10nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約5nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約3nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有約10^-2Ω·cm或更小的電阻率。例如，所述擴(kuò)散阻擋層可具有約10^-4Ω·cm-約10^-2Ω·cm的電阻率。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可摻雜有摻雜劑。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述第一材料層可包括絕緣體，且所述第二材料層可包括導(dǎo)體。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述第一材料層可包括半導(dǎo)體，且所述第二材料層可包括導(dǎo)體。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述多層結(jié)構(gòu)體可包括導(dǎo)體、下層結(jié)構(gòu)體和在所述下層結(jié)構(gòu)體上的絕緣材料層。所述絕緣材料層可限定開口。所述擴(kuò)散阻擋層可覆蓋所述絕緣材料層的開口。所述導(dǎo)體可覆蓋所述開口中的所述擴(kuò)散阻擋層。所述第一材料層可包括所述下層結(jié)構(gòu)體和所述絕緣材料層之一的至少一部分。所述第二材料層可包括所述導(dǎo)體的至少一部分。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述多層結(jié)構(gòu)體可進(jìn)一步包括在所述擴(kuò)散阻擋層與所述第一和第二材料層之一之間的粘合層。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述粘合層可包括至少一種選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、锝(Tc)、錸(Re)、釕(Ru)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鍺(Ge)和鉛(Pb)的金屬。

在實(shí)例實(shí)施方式中，在所述粘合層中的金屬可與在所述擴(kuò)散阻擋層中的金屬相同。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可包括不同類型的多個2D材料層。所述多個2D材料層之中的第一2D材料層可包括非基于石墨烯的2D材料。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述多層結(jié)構(gòu)體的至少一部分可構(gòu)成用于電子器件的互連。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的方面，器件可包括上述具有擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，電子器件包括下層結(jié)構(gòu)體、在所述下層結(jié)構(gòu)體上并且限定開口的絕緣材料層、覆蓋下層結(jié)構(gòu)體上的絕緣材料層的開口的擴(kuò)散阻擋層、和導(dǎo)體。所述擴(kuò)散阻擋層可包括非基于石墨烯的二維(2D)材料。所述導(dǎo)體可在所述開口中的所述擴(kuò)散阻擋層上。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的基于金屬硫?qū)倩锏牟牧稀?/p>

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、锝(Tc)、錸(Re)、釕(Ru)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鍺(Ge)和鉛(Pb)的金屬元素。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自硫(S)、硒(Se)、碲(Te)和氧(O)的硫?qū)僭亍?/p>

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可包括過渡金屬二硫?qū)倩?TMDC)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述2D材料可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)或八面體晶體結(jié)構(gòu)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約10nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約5nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有大于0nm且小于或等于約3nm的厚度。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可具有約10^-2Ω·cm或更小的電阻率。例如，所述擴(kuò)散阻擋層可具有約10^-4Ω·cm-約10^-2Ω·cm的電阻率。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可摻雜有摻雜劑。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述下層結(jié)構(gòu)體可包括半導(dǎo)體區(qū)域，且所述擴(kuò)散阻擋層可限制或防止材料在所述半導(dǎo)體區(qū)域和所述導(dǎo)體之間擴(kuò)散。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可限制或防止材料在所述絕緣材料層和所述導(dǎo)體之間擴(kuò)散。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述電子器件可進(jìn)一步包括在所述擴(kuò)散阻擋層和所述導(dǎo)體之間的粘合層。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述粘合層可包括至少一種選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、锝(Tc)、錸(Re)、釕(Ru)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、銅(Cu)、鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鍺(Ge)和鉛(Pb)的金屬。

在實(shí)例實(shí)施方式中，在所述粘合層中的金屬可與在所述擴(kuò)散阻擋層中的金屬相同。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可包括不同類型的多個2D材料層。所述多個2D材料層之中的第一2D材料層可包括非基于石墨烯的2D材料。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述電子器件可包括互連部分。所述互連部分可包括在基底部分上的活性(有源)器件部分。所述互連部分可在所述活性器件部分上。所述互連部分可包括所述絕緣材料層、所述擴(kuò)散阻擋層和所述導(dǎo)體。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，多層結(jié)構(gòu)體包括擴(kuò)散阻擋層、連接至所述擴(kuò)散阻擋層的第一表面的第一材料層、和連接至所述擴(kuò)散阻擋層的第二表面的第二材料層。所述擴(kuò)散阻擋層包括非基于石墨烯的二維(2D)材料。所述擴(kuò)散阻擋層的第二表面與所述擴(kuò)散阻擋層的第一表面相反。所述第二材料層和所述第一材料層包括彼此相比不同的材料。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可包括過渡金屬二硫?qū)倩?TMDC)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述擴(kuò)散阻擋層可在所述第一材料層和所述第二材料層之間延伸。所述擴(kuò)散阻擋層的厚度可為大于0nm且小于或等于約10nm。所述2D材料可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)或八面體晶體結(jié)構(gòu)。

在實(shí)例實(shí)施方式中，所述多層結(jié)構(gòu)體可包括在所述擴(kuò)散阻擋層與所述第一材料層和所述第二材料層之一之間的粘合層。所述粘合層可直接連接至所述第一材料層和所述第二材料層之一與所述擴(kuò)散阻擋層。所述粘合層的材料可不同于所述第一材料層和所述第二材料層之一與所述擴(kuò)散阻擋層的材料。

在實(shí)例實(shí)施方式中，電子器件可包括下層結(jié)構(gòu)體、在所述下層結(jié)構(gòu)體上的絕緣材料層、來自上述多層結(jié)構(gòu)體之一的擴(kuò)散阻擋層、和導(dǎo)體。所述絕緣材料層可限定開口。所述擴(kuò)散阻擋層可覆蓋所述絕緣材料層的開口。所述導(dǎo)體可在所述開口中的所述擴(kuò)散阻擋層上。所述第一材料層可包括所述下層結(jié)構(gòu)體和所述絕緣材料層之一的至少一部分。所述第二材料層可包括所述導(dǎo)體的至少一部分。

附圖說明

本發(fā)明構(gòu)思的前述和其它特征將從本發(fā)明構(gòu)思的非限制性實(shí)施方式的更具體描述明晰，如在附圖中說明的，其中在不同的圖中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的部件。附圖不一定是按比例的，而是將重點(diǎn)放在說明本發(fā)明構(gòu)思的原理上。在圖中：

圖1是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖2是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖3是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖4是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)的圖；

圖5是具有二維地且連續(xù)地排列的多個圖4的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層的側(cè)視圖；

圖6是具有二維地且連續(xù)地排列的多個圖4的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層的頂視圖；

圖7是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的八面體晶體結(jié)構(gòu)的圖；

圖8是具有二維地且連續(xù)地排列的多個圖7的八面體晶體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層的側(cè)視圖；

圖9是具有二維地且連續(xù)地排列的多個圖7的八面體晶體結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層的頂視圖；

圖10是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的二維原子排列結(jié)構(gòu)的頂視圖；

圖11是圖10的擴(kuò)散阻擋層的側(cè)視圖；

圖12是用于描述根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的其中金屬原子(Cu原子)移動通過擴(kuò)散阻擋層的情況的示意圖；

圖13是用于描述根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的其中在基底上形成可適用于擴(kuò)散阻擋層的MoS₂層的情況的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；

圖14是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖15是顯示圖14的擴(kuò)散阻擋層的擴(kuò)散阻擋效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；

圖16是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖17是顯示圖16的擴(kuò)散阻擋層的擴(kuò)散阻擋效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖；

圖18是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖19是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖20是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的橫截面圖；

圖21是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖22是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖；

圖23是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的電子器件(半導(dǎo)體器件)的一部分的橫截面圖；

圖24是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的電子器件(半導(dǎo)體器件)的一部分的橫截面圖；

圖25是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的電子器件(半導(dǎo)體器件)的橫截面圖；和

圖26是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的電子器件(半導(dǎo)體器件)的橫截面圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將參照其中顯示一些實(shí)例實(shí)施方式的附圖更全面地描述實(shí)例實(shí)施方式。然而，實(shí)例實(shí)施方式可以許多不同的形式體現(xiàn)并且不應(yīng)被解釋為限于本文中闡明的實(shí)施方式；相反，提供這些實(shí)例實(shí)施方式，使得該公開內(nèi)容徹底且完整，并將本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)例實(shí)施方式的范圍全面地傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。

表述例如“...的至少一個(種)”在位于要素列表之前或之后時修飾整個要素列表且不修飾該列表的單獨(dú)要素。

將理解，當(dāng)一個元件被稱為“連接”或“結(jié)合”至另外的元件時，其可直接連接或結(jié)合至所述另外的元件或者可存在中間元件。相反，當(dāng)一個元件被稱為“直接連接”或“直接結(jié)合”至另外的元件時，則不存在中間元件。如本文中使用的，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的一個或多個的任意和全部組合。

將理解，盡管術(shù)語“第一”、“第二”等可在本文中用來描述各種元件、組分、區(qū)域、層和/或部分，但這些元件、組分、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅用來使一個元件、組分、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另外的元件、組分、區(qū)域、層或部分。因此，在不背離實(shí)例實(shí)施方式的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組分、區(qū)域、層或部分可稱為第二元件、組分、區(qū)域、層或部分。

為了便于描述，在本文中可使用空間相對術(shù)語如“在……之下”、“在……下面”、“下部”、“在……之上”、“上部”等來說明如圖中所示的一個元件或特征與另外的元件或特征的關(guān)系。將理解，除圖中描繪的方位以外，空間相對術(shù)語還意圖包括在使用或操作中的器件的不同方位。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的器件，則被描述為“在”另外的元件或特征“下面”或“之下”的元件將被定向“在”另外的元件或特征“之上”。因此，術(shù)語“在……下面”可包括在……之上和在……下面兩種方位。器件可以其它方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位上)并且相應(yīng)地解釋本文中使用的空間相對描述詞。

本文中所使用的術(shù)語僅僅是為了描述具體實(shí)施方式的目的且不意圖為實(shí)例實(shí)施方式的限制。如本文中所使用的單數(shù)形式“一種(個)”和“所述(該)”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚地另外說明。將進(jìn)一步理解，術(shù)語“包括”和/或“包含”當(dāng)用在本說明書中時則表示存在所述的特征、整體、步驟、操作、元件和/或組分，但不排除存在或添加一種或多種另外的特征、整體、步驟、操作、元件、組分和/或其集合。

在本文中參照作為實(shí)例實(shí)施方式的理想化實(shí)施方式(和中間結(jié)構(gòu))的示意圖的橫截面圖描述實(shí)例實(shí)施方式。這樣，將預(yù)料到作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的與圖的形狀的差異。因此，實(shí)例實(shí)施方式不應(yīng)解釋為限于本文中圖解的區(qū)域的具體形狀，而是包括由例如制造導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，圖解為矩形的注入?yún)^(qū)域(implanted region)將典型地具有圓化或彎曲的特征和/或在其邊緣處的注入濃度的梯度，而非從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣，通過注入形成的埋置區(qū)域(buried region)可在埋置區(qū)域和通過其進(jìn)行注入的表面之間的區(qū)域中導(dǎo)致一些注入。因此，圖中圖解的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的，且它們的形狀不意圖說明器件的區(qū)域的實(shí)際形狀且不意圖限制實(shí)例實(shí)施方式的范圍。

除非另外定義，在本文中所使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)的含義與實(shí)例實(shí)施方式所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。將進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用字典中定義的那些，應(yīng)被解釋為其含義與它們在相關(guān)領(lǐng)域的背景中的含義一致，并且將不以理想化或過度形式意義進(jìn)行解釋，除非在本文中清楚地如此定義。

在下文中，根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，將參照附圖詳細(xì)地描述擴(kuò)散阻擋層、包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體、和包括其的器件。在圖中，為了清楚和方便，層和區(qū)域的寬度和厚度可被放大。在圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。

圖1是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層B10的多層結(jié)構(gòu)體M100的橫截面圖。

參照圖1，多層結(jié)構(gòu)體M100可包括第一材料層L10、與第一材料層L10隔開的第二材料層L20、以及設(shè)置在第一材料層L10和第二材料層L20之間的擴(kuò)散阻擋層B10。第一材料層L10和第二材料層L20可包括不同的材料。擴(kuò)散阻擋層B10可用于限制或防止材料(原子)在第一材料層L10和第二材料層L20之間移動或擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層B10可包括二維(2D)材料。包括在擴(kuò)散阻擋層B10中的2D材料可為不是石墨烯的2D材料。換言之，包括在擴(kuò)散阻擋層B10中的2D材料可為非基于石墨烯的材料。例如，所述2D材料可為具有2D晶體結(jié)構(gòu)的基于金屬硫?qū)倩锏牟牧?。包括所?D材料的擴(kuò)散阻擋層B10可具有優(yōu)異的擴(kuò)散阻擋特性且可形成為具有非常小的厚度。隨后將更詳細(xì)地描述擴(kuò)散阻擋層B10的具體構(gòu)造以及擴(kuò)散阻擋層B10的效果和特征。

圖1的第一和第二材料層L10和L20之一可為導(dǎo)體并且另一個可為半導(dǎo)體。替代地，第一和第二材料層L10和L20之一可為導(dǎo)體并且另一個可為絕緣體。前者的情況示于圖2中并且后者的情況示于圖3中。

參照圖2，多層結(jié)構(gòu)體M110的第一材料層L11可為半導(dǎo)體層并且第二材料層L21可為導(dǎo)電層。第一材料層L11可為摻雜有期望的(和/或替代地預(yù)定的)雜質(zhì)(摻雜劑)的半導(dǎo)體層并且第二材料層L21可為金屬層或金屬化合物層。在這種情況下，擴(kuò)散阻擋層B11可設(shè)置在第一材料層L11和第二材料層L21之間，且可用于限制或防止摻雜到第一材料層L11中的雜質(zhì)(摻雜劑)朝第二材料層L21移動或擴(kuò)散。

參照圖3，多層結(jié)構(gòu)體M120的第一材料層L12可為絕緣層并且第二材料層L22可為導(dǎo)電層。第一材料層L12可為包括氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的絕緣層，或可為包括高k材料的絕緣層。所述高k材料可具有比氧化硅的介電常數(shù)高的介電常數(shù)。所述高k材料還可具有比氮化硅的介電常數(shù)高的介電常數(shù)。替代地，第一材料層L12可包括有機(jī)絕緣材料。任何用于通常的電子器件或半導(dǎo)體器件的絕緣材料可應(yīng)用于第一材料層L12。類似于圖2的第二材料層L21，第二材料層L22可為金屬層或金屬化合物層。在這種情況下，擴(kuò)散阻擋層B12可用于限制或防止第二材料層L22的材料(例如，金屬原子)朝第一材料層L12移動或擴(kuò)散。

圖1-3的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可包括2D材料。所述2D材料可為單層或半層(half-layer)固體，其中原子形成期望的(和/或替代地預(yù)定的)晶體結(jié)構(gòu)。構(gòu)成擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的2D材料可包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的基于金屬硫?qū)倩锏牟牧?。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡蔀?D半導(dǎo)體。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自鉬(Mo)、鎢(W)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鈦(Ti)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、锝(Tc)、錸(Re)、釕(Ru)、鈷(Co)、鈀(Pd)、鉑(Pt)和銅(Cu)的過渡金屬且可包括至少一種選自硫(S)、硒(Se)、碲(Te)和氧(O)的硫?qū)僭亍Ｔ谶@種情況下，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡蔀檫^渡金屬二硫?qū)倩?TMDC)。TMDC可表示為MX₂，其中M為過渡金屬并且X為硫?qū)僭?。M可為選自Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Pd和Pt的一種，且X可為選自S、Se和Te的一種。例如，TMDC可為選自MoS₂、MoSe₂、MoTe₂、WS₂、WSe₂、WTe₂、ZrS₂、ZrSe₂、HfS₂、HfSe₂、NbSe₂、ReSe₂和PdTe₂的一種。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡刹槐硎緸镸X₂。例如，作為過渡金屬的Cu和作為硫?qū)僭氐腟的化合物(過渡金屬硫?qū)倩?可表示為CuS。由于CuS也可為2D材料，故而CuS可用作所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧稀４送?，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂▋煞N或更多種過渡金屬。例如，MoWSe₄可為包括兩種或更多種過渡金屬的硫?qū)倩?。此外，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡蔀榘ǚ沁^渡金屬的硫?qū)倩铩＠?，所述非過渡金屬可為鎵(Ga)、銦(In)、錫(Sn)、鍺(Ge)或鉛(Pb)。換言之，非過渡金屬如Ga、In、Sn、Ge或Pb和硫?qū)僭厝鏢、Se、Te或O的化合物可用作所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧?。例如，包括非過渡金屬的硫?qū)倩锟蔀檫x自SnSe₂、GaS、GaSe、GaTe、GeSe、In₂Se₃和InSnS₂的一種。因此，所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧习ㄖ辽僖环N選自Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Co、Pd、Pt、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素和至少一種選自S、Se、Te和O的硫?qū)僭?。然而，上述材?元素)僅為非限制性實(shí)例，且還可應(yīng)用任何其它材料(元素)。

構(gòu)成擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的2D材料可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)或八面體晶體結(jié)構(gòu)。例如，包括第5或6族的金屬元素的2D材料可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)。特別地，2D材料(TMDC)如MoS₂可具有三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)。另一方面，包括第4、7或10族的金屬元素的2D材料可具有八面體晶體結(jié)構(gòu)。所述八面體晶體結(jié)構(gòu)可為三角反棱柱晶體結(jié)構(gòu)。下面將參照圖4-9更詳細(xì)地描述所述三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)和所述八面體晶體結(jié)構(gòu)。然而，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的晶體結(jié)構(gòu)不限于三角棱柱結(jié)構(gòu)和八面體結(jié)構(gòu)并且可進(jìn)行變化。

擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可為包括2D材料的單層或可具有其中包括2D晶體結(jié)構(gòu)的單層重復(fù)地堆疊的結(jié)構(gòu)。即使當(dāng)重復(fù)地堆疊單層時，所述2D材料的特性也可保持。在電子結(jié)構(gòu)方面，2D材料可定義為其態(tài)密度(DOS)遵循量子阱行為的材料。其中多個2D單元材料層堆疊(約100層或更少)的材料的DOS也可遵循量子阱行為。在這方面，其中單層重復(fù)地堆疊的結(jié)構(gòu)也可被稱作“2D材料”。在其中單層重復(fù)地堆疊的結(jié)構(gòu)中，單層可通過范德華力彼此結(jié)合。

擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有在約1nm-約10nm的范圍內(nèi)的厚度。擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有約10nm或更小、例如約5nm或更小的厚度。擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有約3nm或更小的非常小的厚度。此外，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有約1nm或更小的厚度。包括2D材料的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有小的厚度并且在具有小的厚度的同時保持優(yōu)異的特性。這樣的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可適用于具有細(xì)線寬的高集成度器件。

擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有約10^-2Ω·cm或更小的電阻率。例如，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有約10^-4Ω·cm-10^-2Ω·cm的電阻率。由于擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有低的電阻率，故而擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。例如，包括第5族的金屬(過渡金屬)的2D材料(TMDC)可具有約10^-4Ω·cm的低的電阻率，且可具有與金屬或半金屬的導(dǎo)電性類似的優(yōu)異的導(dǎo)電性。此外，由于包括第6族的金屬(過渡金屬)的2D材料(TMDC)可具有約10^-3Ω·cm的低的電阻率，故而可呈現(xiàn)優(yōu)異的導(dǎo)電性。

擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可為摻雜有摻雜劑的層。在這種情況下，所述摻雜劑可填充擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的結(jié)構(gòu)上相對弱的部分(即，缺陷性部分)例如空位或晶界。因此，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的擴(kuò)散阻擋特性可通過所述摻雜劑增強(qiáng)。所述摻雜劑可包括至少一種選自Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Co、Pd、Pt、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素。替代地，所述摻雜劑可包括不良好擴(kuò)散的元素(例如，Si)。然而，所述摻雜劑不限于上述材料且可進(jìn)行不同的改變。任何材料可用作摻雜劑，只要該材料可摻雜到石墨烯或其它2D材料中。例如，所述摻雜劑可通過使用化學(xué)摻雜方法摻雜到擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12中。當(dāng)擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12摻雜有期望的(和/或替代地預(yù)定的)摻雜劑時，其特性例如導(dǎo)電性可被改善。換言之，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的導(dǎo)電性可通過所述摻雜劑提高。

現(xiàn)有的TiN層和現(xiàn)有的TaN層可為無定形的，并且使TiN層和TaN層形成為具有約5nm或更小或者約3nm或更小的厚度可為困難的。因此，TiN層或TaN層可幾乎無法應(yīng)用于高集成度器件或超高集成度器件。盡管TiN層具有約1.3×10^-4Ω·cm的電阻率且TaN層具有約2.5×10^-4Ω·cm的電阻率，但是難以減小TiN層和TaN層的厚度。因此，當(dāng)器件的線寬減小時，TiN層或TaN層可充當(dāng)電阻增大因素。然而，根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可在具有優(yōu)異的擴(kuò)散阻擋特性的同時具有約10^-4Ω·cm或更小的低的電阻率，并且可具有約5nm或更小或者約3nm或更小的非常小的厚度。此外，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可為結(jié)晶的并且可具有結(jié)構(gòu)/熱/電穩(wěn)定的特性。因此，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可容易地應(yīng)用于具有細(xì)線寬的高集成度器件(超高集成度器件)。換言之，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可用于提高器件的穩(wěn)定性、可靠性和耐久性，而基本上不增加所述高集成度器件(超高集成度器件)的電阻。

在下文中，將參照圖4-9描述擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12的2D材料的晶體結(jié)構(gòu)。

圖4是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)的圖。在圖4中，附圖標(biāo)記M1表示金屬元素且附圖標(biāo)記X1表示硫?qū)僭?。例如，包括?或6族的金屬元素的2D材料(TMDC)可具有圖4的晶體結(jié)構(gòu)。

圖4的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)可二維地且連續(xù)地排列以形成擴(kuò)散阻擋層。圖5是所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，且圖6是所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)的頂視圖。

圖7是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的八面體晶體結(jié)構(gòu)的圖。在圖7中，附圖標(biāo)記M2表示金屬元素且附圖標(biāo)記X2表示硫?qū)僭?。例如，包括?、7或10族的金屬元素的2D材料(TMDC)可具有圖7中所示的八面體晶體結(jié)構(gòu)。具有圖7中所示的八面體晶體結(jié)構(gòu)的2D材料可具有相對金屬性的特性。因此，包括這樣的2D材料的擴(kuò)散阻擋層可具有優(yōu)異的導(dǎo)電性。圖7的八面體晶體結(jié)構(gòu)可稱為三角反棱柱晶體結(jié)構(gòu)。

圖7的八面體晶體結(jié)構(gòu)可二維地且連續(xù)地排列以形成擴(kuò)散阻擋層。圖8是所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，且圖9是所述擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)的頂視圖。

圖5和6的單層可重復(fù)地堆疊以形成單一擴(kuò)散阻擋層。類似地，圖8和9的單層可重復(fù)地堆疊以形成單一擴(kuò)散阻擋層。在此時，單層可堆疊以形成多種結(jié)構(gòu)如2H結(jié)構(gòu)、3R結(jié)構(gòu)、或1T結(jié)構(gòu)。然而，以上參照圖4-9描述的擴(kuò)散阻擋層的晶體結(jié)構(gòu)僅僅是非限制性實(shí)例，且所述擴(kuò)散阻擋層也可具有其它晶體結(jié)構(gòu)。

圖10是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層的2D原子排列結(jié)構(gòu)的頂視圖。特別地，圖10說明其中所述擴(kuò)散阻擋層包括MoS₂作為2D材料的情況。如圖10中所示，Mo原子和S原子可為二維排列的，同時形成期望的(和/或替代地預(yù)定的)晶體結(jié)構(gòu)。圖10的MoS₂可具有圖4的三角棱柱晶體結(jié)構(gòu)。因此，圖10可對應(yīng)于圖6的結(jié)構(gòu)。

圖11是圖10的擴(kuò)散阻擋層的側(cè)視圖。參照圖11，S原子可排列在Mo原子之上和下面。圖11的結(jié)構(gòu)可對應(yīng)于圖5的結(jié)構(gòu)。

圖12是用于描述根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的其中金屬原子(Cu原子)移動通過擴(kuò)散阻擋層的情況的示意圖。特別地，圖12說明其中金屬原子(Cu原子)移動或擴(kuò)散通過具有圖10的結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層(MoS₂層)的情況。作為模擬的結(jié)果，為了使Cu原子通過MoS₂層，需要約5.2eV的能量。從該模擬，可評估MoS₂層的擴(kuò)散阻擋效果。在其中將多個MoS₂層用作擴(kuò)散阻擋層的情況下，可確保更優(yōu)異的擴(kuò)散阻擋特性。

圖13是用于描述根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的其中在基底上形成可適用于擴(kuò)散阻擋層的MoS₂層的情況的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。參照圖13，可看出MoS₂層具有2D層結(jié)構(gòu)。此外，可看出MoS₂層具有大于0nm且小于約2nm的非常小的厚度t1。

圖14是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖，且圖15是顯示圖14的擴(kuò)散阻擋層的擴(kuò)散阻擋效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖。

參照圖14，所述多層結(jié)構(gòu)體可具有設(shè)置在硅層L15和鎢層L25之間的擴(kuò)散阻擋層B15。硅層L15可包括多晶硅(即，多晶硅)，且可摻雜有磷(P)。擴(kuò)散阻擋層B15可包括2D材料如MoS₂或WS₂。例如，擴(kuò)散阻擋層B15可為MoS₂層。在這種情況下，圖14的多層結(jié)構(gòu)體具有摻雜的Si/MoS₂/W結(jié)構(gòu)體。擴(kuò)散阻擋層B15可用于限制或防止摻雜到硅層L15中的P原子朝鎢層L25移動或擴(kuò)散。

圖15是顯示通過如下獲得的結(jié)果的圖：將圖14的多層結(jié)構(gòu)體在約800℃的溫度下退火之后測量P濃度隨深度的變化。圖15的結(jié)果還包括通過如下獲得的結(jié)果：將不具有圖14中的擴(kuò)散阻擋層B15的結(jié)構(gòu)體(對比例)(即，摻雜的Si/W結(jié)構(gòu)體)在相同條件下退火之后測量P濃度隨深度的變化。

參照圖15，在其中使用擴(kuò)散阻擋層B15(例如，MoS₂層)的情況下，與對比例相比，相對少量的P存在于鎢層L25中。因此，可證實(shí)擴(kuò)散阻擋層B15的擴(kuò)散阻擋效果。

圖16是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖，且圖17是顯示圖16的擴(kuò)散阻擋層的擴(kuò)散阻擋效果的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的圖。

參照圖16，所述多層結(jié)構(gòu)體可包括設(shè)置在氧化硅層L16和銅層L26之間的擴(kuò)散阻擋層B16。氧化硅層L16可為包括SiO₂的絕緣層。擴(kuò)散阻擋層B16可包括2D材料如MoS₂或WS₂。例如，擴(kuò)散阻擋層B16可為MoS₂層或WS₂層。因此，圖16的多層結(jié)構(gòu)體具有SiO₂/MoS₂/Cu結(jié)構(gòu)體或SiO₂/WS₂/Cu結(jié)構(gòu)體。擴(kuò)散阻擋層B16可用于限制或防止銅層L26的Cu原子朝氧化硅層L16移動或擴(kuò)散。

圖17是通過如下獲得的結(jié)果的圖：在約300℃的溫度下將圖16的多層結(jié)構(gòu)體退火約1小時之后測量Cu濃度隨深度的變化。圖17的結(jié)果還包括通過如下獲得的結(jié)果：將不具有圖16中的擴(kuò)散阻擋層B16的結(jié)構(gòu)體(對比例)(即，SiO₂/Cu結(jié)構(gòu)體)在相同條件下退火之后測量Cu濃度隨深度的變化。在圖17中，樣品#1是SiO₂/Cu結(jié)構(gòu)體(對比例)的結(jié)果。樣品#2是SiO₂/MoS₂/Cu結(jié)構(gòu)體的結(jié)果。樣品#3是SiO₂/WS₂(T)/Cu結(jié)構(gòu)體的結(jié)果。樣品#4是SiO₂/WS₂/Cu結(jié)構(gòu)體的結(jié)果。在樣品#3中，WS₂(T)意為WS₂層通過轉(zhuǎn)移方法(遷移法)形成。

參照圖17，在其中將2D材料層如MoS₂層或WS₂層用作擴(kuò)散阻擋層B16(樣品#2-#4)的情況下，與其它情況(對比例：樣品#1)相比，相對少量的Cu存在于氧化硅層(SiO₂層)L16中。特別地，在樣品#4中，可看出與樣品#1相比，Cu的擴(kuò)散量顯著降低。因此，可證實(shí)在圖16的結(jié)構(gòu)體中的擴(kuò)散阻擋層B16的擴(kuò)散阻擋效果。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，圖1-3的多層結(jié)構(gòu)體M100、M110和M120可進(jìn)一步包括設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層B10、B11或B12與第一材料層L10、L11或L12和第二材料層L20、L21或L22之一之間的粘合層。其中所述粘合層應(yīng)用于圖2和3的結(jié)構(gòu)體的實(shí)例分別示于圖18和19中。

參照圖18和19，擴(kuò)散阻擋層B11和B12可分別設(shè)置在第一材料層L11和L12與第二材料層L21和L22之間。粘合層A11和A12可分別設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層B11和B12與第二材料層L21和L22之間。在此時，第二材料層L21和L22可為各自包括金屬或金屬化合物的導(dǎo)電層。因此，粘合層A11和A12分別設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層B11和B12與導(dǎo)電層(金屬層)L21和L22之間。

粘合層A11和A12可分別設(shè)置在擴(kuò)散阻擋層B11和B12與第二材料層L21和L22之間，以增強(qiáng)粘合力。例如，粘合層A11和A12各自可為金屬層。特別地，粘合層A11和A12各自可包括至少一種選自如下的金屬：Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Co、Pd、Pt、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb。粘合層A11和A12可包括與包括在擴(kuò)散阻擋層B11和B12中的金屬元素基本上相同的金屬元素。粘合層A11和A12各自可具有約若干納米(數(shù)納米)或更小的小厚度并且可具有優(yōu)異的導(dǎo)電性特性。例如，粘合層A11和A12各自可具有約1nm-約10nm的厚度。

根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，可使用具有多層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層。在這種情況下，所述具有多層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層可包括不同類型的多個2D材料層。所述具有多層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層的實(shí)例示于圖20中。

參照圖20，擴(kuò)散阻擋層B20可具有多層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，擴(kuò)散阻擋層B20可包括不同類型的多個2D材料層，例如，第一2D材料層b1和第二2D材料層b2。第一2D材料層b1和第二2D材料層b2的至少一個可對應(yīng)于以上參照圖1-3描述的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12，且另一個可包括石墨烯或其它2D材料。在其中擴(kuò)散阻擋層B20通過使用不同類型的多個2D材料層b1和b2形成的情況下，可獲得優(yōu)異的擴(kuò)散阻擋效果。此外，在其中第一2D材料層b1和第二2D材料層b2各自作為單層形成的情況下，擴(kuò)散阻擋層B20可具有約5nm或更小或者約3nm或更小的非常小的厚度。具有這樣的多層結(jié)構(gòu)的擴(kuò)散阻擋層B20可應(yīng)用于圖1-3、14、16、18和19的結(jié)構(gòu)體。盡管未示出，但是擴(kuò)散阻擋層B20可包括三個或更多個不同的2D材料層。

圖21是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層B17的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖。

參照圖21，可提供擴(kuò)散阻擋層B17以覆蓋導(dǎo)電材料層L27的至少一個表面。例如，可提供擴(kuò)散阻擋層B17以覆蓋導(dǎo)電材料層L27的底表面和側(cè)表面。導(dǎo)電材料層L27可為包括金屬或金屬化合物的層。擴(kuò)散阻擋層B17可包括與以上參照圖1-3和20描述的擴(kuò)散阻擋層B10、B11、B12和B20的材料基本上相同或類似的材料。盡管未示出，但是可進(jìn)一步提供結(jié)合至導(dǎo)電材料層L27的另外的材料層，其中擴(kuò)散阻擋層B17設(shè)置于其間。所述另外的材料層可為半導(dǎo)體層或絕緣層。此外，可在擴(kuò)散阻擋層B17和導(dǎo)電材料層L27之間進(jìn)一步提供粘合層。

圖22是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層B18的多層結(jié)構(gòu)體的橫截面圖。

參照圖22，擴(kuò)散阻擋層B18可具有包圍導(dǎo)電材料層L28的結(jié)構(gòu)。換言之，可提供擴(kuò)散阻擋層B18以覆蓋導(dǎo)電材料層L28的四個表面(頂表面、底表面、和兩個側(cè)表面)。擴(kuò)散阻擋層B18的材料可對應(yīng)于圖21的擴(kuò)散阻擋層B17的材料，且導(dǎo)電材料層L28的材料可對應(yīng)于圖21的導(dǎo)電材料層L27的材料。盡管未示出，但是可進(jìn)一步提供結(jié)合至導(dǎo)電材料層L28的另外的材料層，其中擴(kuò)散阻擋層B18設(shè)置于其間。所述另外的材料層可為半導(dǎo)體層或絕緣層。此外，可在擴(kuò)散阻擋層B18和導(dǎo)電材料層L28之間進(jìn)一步提供粘合層。

圖23是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層130的電子器件(半導(dǎo)體器件)的一部分的橫截面圖。

參照圖23，所述電子器件可包括下層結(jié)構(gòu)體(例如，下部結(jié)構(gòu)體)100。下層結(jié)構(gòu)體100可包括半導(dǎo)體區(qū)域110。半導(dǎo)體區(qū)域110可為摻雜有期望的(和/或替代地預(yù)定的)雜質(zhì)(摻雜劑)的區(qū)域。盡管未示出，但是下層結(jié)構(gòu)體100可具有包括半導(dǎo)體區(qū)域110的“器件部分”。具有開口H10的絕緣材料層120可設(shè)置在下層結(jié)構(gòu)體100上。開口H10可為通孔(通路孔)型。半導(dǎo)體區(qū)域110可通過開口H10暴露。

電子器件可包括擴(kuò)散阻擋層130，其覆蓋被開口H10暴露的半導(dǎo)體區(qū)域110的表面和開口H10的內(nèi)表面。擴(kuò)散阻擋層130可包括非基于石墨烯的2D材料。擴(kuò)散阻擋層130可具有與以上參照圖1-20描述的擴(kuò)散阻擋層基本上相同的材料。因此，擴(kuò)散阻擋層130的2D材料可包括具有2D晶體結(jié)構(gòu)的基于金屬硫?qū)倩锏牟牧?。所述基于金屬硫?qū)倩锏牟牧峡砂ㄖ辽僖环N選自Mo、W、Nb、V、Ta、Ti、Zr、Hf、Tc、Re、Ru、Co、Pd、Pt、Cu、Ga、In、Sn、Ge和Pb的金屬元素和至少一種選自S、Se、Te和O的硫?qū)僭亍U(kuò)散阻擋層130可具有約10nm或更小、例如約5nm或更小的厚度。擴(kuò)散阻擋層130可具有約3nm或更小的非常小的厚度。擴(kuò)散阻擋層130可具有約1nm或更小的厚度。

所述電子器件可包括在開口H10內(nèi)部的擴(kuò)散阻擋層130上的導(dǎo)電塞140。導(dǎo)電塞140可包括金屬或金屬性材料如金屬化合物。擴(kuò)散阻擋層130可用于限制或防止材料在半導(dǎo)體區(qū)域110和導(dǎo)電塞140之間擴(kuò)散。擴(kuò)散阻擋層130可用于限制或防止半導(dǎo)體區(qū)域110的雜質(zhì)(摻雜劑)擴(kuò)散到導(dǎo)電塞140中。此外，擴(kuò)散阻擋層130可用于限制或防止材料在絕緣材料層120和導(dǎo)電塞140之間擴(kuò)散。所述電子器件可進(jìn)一步包括在絕緣材料層120上的接觸導(dǎo)電塞140的電極150。電極150可具有配線形狀或墊(焊盤)形狀。電極150可包括金屬或金屬性化合物。電極150可包括與導(dǎo)電塞140基本上相同的材料或者可包括與導(dǎo)電塞140不同的材料。盡管未在圖23中示出，所述電子器件可進(jìn)一步包括在擴(kuò)散阻擋層130和導(dǎo)電塞140之間的粘合層。所述粘合層可包括與以上參照圖18和19描述的粘合層A11和A12的材料基本上相同或類似的材料。

圖24是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層131的電子器件(半導(dǎo)體器件)的一部分的橫截面圖。

參照圖24，所述電子器件可包括下層結(jié)構(gòu)體101。元件層111可設(shè)置在下層結(jié)構(gòu)體101上。元件層111可為連接至器件部分(未示出)的電極或可為器件部分的一部分。元件層111可被認(rèn)為包括在下層結(jié)構(gòu)體101中。換言之，下層結(jié)構(gòu)體101可被認(rèn)為包括元件層111。覆蓋元件層111的絕緣材料層121可設(shè)置在下層結(jié)構(gòu)體101上。可在絕緣材料層121中提供開口H11?？尚纬砷_口H11以暴露元件層111的一部分。所述電子器件可包括擴(kuò)散阻擋層131，其覆蓋被開口H11暴露的元件層111的表面和開口H11的內(nèi)表面。擴(kuò)散阻擋層131可具有延伸至開口H11周圍的絕緣材料層121的結(jié)構(gòu)。擴(kuò)散阻擋層131可具有與圖23的擴(kuò)散阻擋層130的材料基本上相同或類似的材料。導(dǎo)體141可設(shè)置在開口H11內(nèi)的擴(kuò)散阻擋層131上。導(dǎo)體141可包括在開口H11內(nèi)的導(dǎo)電塞141a和設(shè)置在其上的電極部分141b。電極部分141b可具有配線形狀或墊形狀。盡管圖24中示出其中導(dǎo)電塞141a和連接至其的電極部分141b由基本上相同的材料形成的情況，但是導(dǎo)電塞141a和電極部分141b可由不同的材料形成。根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，擴(kuò)散阻擋層131可用于限制(和/或防止)材料在導(dǎo)體141和絕緣材料層121之間擴(kuò)散。此外，擴(kuò)散阻擋層131具有低的電阻率和優(yōu)異的導(dǎo)電性。因而，當(dāng)元件層111為電極時，可促進(jìn)在元件層111和導(dǎo)體141之間的通過擴(kuò)散阻擋層131的電流流動。盡管未在圖24中示出，但是所述電子器件可進(jìn)一步包括在擴(kuò)散阻擋層131和導(dǎo)電塞141a之間的粘合層。所述粘合層可包括與以上參照圖18和19描述的粘合層A11和A12的材料基本上相同或類似的材料。

圖23和24的擴(kuò)散阻擋層130和131可具有若干納米(數(shù)納米)或更小的非常小的厚度，這對于實(shí)施高集成度器件是有利的。隨著器件的集成程度提高，半導(dǎo)體區(qū)域110和元件層111的尺寸(線寬)可降低并且開口H10和H11的尺寸(直徑)也可降低。在這種情況下，當(dāng)擴(kuò)散阻擋層130和131為厚的時，擴(kuò)散阻擋層130和131對填充開口H10和H11的導(dǎo)電塞140和141a的比率增加。因此，確保優(yōu)異的器件特性可為困難的。然而，根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式，由于可形成具有約5nm或更小或者約3nm或更小的非常小的厚度的擴(kuò)散阻擋層130和131，故而小尺寸的開口H10和H11可容易地被擴(kuò)散阻擋層130和131以及導(dǎo)電塞140和141a填充，并且導(dǎo)電塞140和141a對擴(kuò)散阻擋層130和131的比率可提高。因此，可通過使用根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層130和131容易地實(shí)施具有優(yōu)異的特性的高集成度器件。

圖25是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層的電子器件(半導(dǎo)體器件)的橫截面圖。

參照圖25，在實(shí)例實(shí)施方式中，所述電子器件(半導(dǎo)體器件)可包括基底部分1000、設(shè)置在基底部分1000上的活性器件部分2000、和設(shè)置在活性器件部分2000上的互連部分3000?；钚云骷糠?000可包括多個晶體管(未示出)。互連部分3000可具有其中絕緣層(層間絕緣層)和導(dǎo)體(電極/塞)重復(fù)地堆疊的結(jié)構(gòu)?；ミB部分3000可為用于將活性器件部分2000連接至外部器件(外部終端)(未示出)的結(jié)構(gòu)。

以上參照圖23和24描述的包括擴(kuò)散阻擋層130和131的結(jié)構(gòu)體(例如，互連結(jié)構(gòu)體)可應(yīng)用于圖25的互連部分3000。此外，所述包括擴(kuò)散阻擋層130和131的結(jié)構(gòu)體(例如，互連結(jié)構(gòu)體)也可應(yīng)用于圖25的活性器件部分2000。換言之，在實(shí)例實(shí)施方式中，所述包括擴(kuò)散阻擋層的結(jié)構(gòu)體(例如，互連結(jié)構(gòu)體)根據(jù)可應(yīng)用于前道工序(front-end-of-line)(FEOL)工藝和后道工序(back-end-of-line)(BEOL)工藝二者。FEOL工藝可包括在制造活性器件部分2000的工藝中，并且BEOL工藝可包括在制造互連部分3000的工藝中。

圖26是根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的包括擴(kuò)散阻擋層320和360的電子器件(半導(dǎo)體器件)的橫截面圖。

參照圖26，所述電子器件可包括在基底1100上的活性器件部分2100。盡管基底1100可為半導(dǎo)體基底例如硅基底，但是基底1100可為除硅基底之外的其它半導(dǎo)體基底或者可不為半導(dǎo)體基底?；钚云骷糠?100可包括多個晶體管(未示出)?；钚云骷糠?100的構(gòu)造沒有特別限制并且可進(jìn)行不同的改變?；ミB部分3100可設(shè)置在活性器件部分2100上。在下文中，將簡要描述互連部分3100的構(gòu)造的實(shí)例。

互連部分3100可包括在活性器件部分2100上的第一絕緣層310。第一電極部分330可設(shè)置在第一絕緣層310中。盡管未示出，但是第一電極部分330可電連接至活性器件部分2100。第一擴(kuò)散阻擋層320可設(shè)置在第一絕緣層310和第一電極部分330之間。覆蓋第一電極部分330的中間層340可設(shè)置在第一絕緣層310上。第二絕緣層350可設(shè)置在中間層340上。中間層340可用于限制(和/或防止)第一電極部分330的材料擴(kuò)散到第二絕緣層350中，同時保護(hù)第一電極部分330。中間層340可包括絕緣材料。至少一個通孔H31和至少一個溝槽T31可提供在第二絕緣層350中?？尚纬赏譎31以通過中間層340暴露第一電極部分330?？商峁┒鄠€溝槽T31并且多個溝槽T31之一可提供在通孔H31之上。通孔H31和溝槽T31各自也可稱為開口。第二擴(kuò)散阻擋層360可設(shè)置成覆蓋通孔H31和溝槽T31的內(nèi)表面。填充通孔H31和溝槽T31的第二電極部分370可設(shè)置在第二擴(kuò)散阻擋層360上。提供在通孔H31中的第二電極部分370可具有塞形狀，并且提供在溝槽T31中的第二電極部分370可具有配線形狀或墊形狀。

第一和第二擴(kuò)散阻擋層320和360可對應(yīng)于根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層。即，第一和第二擴(kuò)散阻擋層320和360可包括與以上參照圖1-24描述的擴(kuò)散阻擋層的材料基本上相同或類似的材料。第一擴(kuò)散阻擋層320可用于限制或防止材料在第一絕緣層310和第一電極部分330之間移動，并且第二擴(kuò)散阻擋層360可用于限制或防止材料在第二絕緣層350和第二電極部分370之間移動。

盡管未示出，所述電子器件可進(jìn)一步包括在第一擴(kuò)散阻擋層320和第一電極部分330之間以及在第二擴(kuò)散阻擋層360和第二電極部分370之間的粘合層。所述粘合層可包括與以上參照圖18和19描述的粘合層A11和A12的材料基本上相同或類似的材料。此外，互連部分3100可在第二絕緣層350上進(jìn)一步包括至少一個第三絕緣層和至少一個第三電極部分。此外，互連部分3100的最上層可通過鈍化層保護(hù)。示于圖26中的互連部分3100的具體構(gòu)造僅僅是非限制性實(shí)例。在實(shí)際的器件中，互連部分3100可具有比所示構(gòu)造更復(fù)雜的構(gòu)造并且可進(jìn)行不同的改變。

下面將描述制造上述擴(kuò)散阻擋層、包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體、和包括所述多層結(jié)構(gòu)體的電子器件(半導(dǎo)體器件)的方法。

可在室溫至約1,000℃的范圍內(nèi)由包括金屬元素的金屬前體和包括硫?qū)僭氐牧驅(qū)僭卦葱纬筛鶕?jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12。盡管擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可通過化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝形成，但是擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12也可通過原子層沉積(ALD)工藝或其它工藝形成。此外，盡管在形成擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12期間可使用蒸氣前體，但是也可使用液體或固體前體?？捎糜谛纬?D材料層的多種方法可被用來形成擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12。因此，可容易地形成擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12。在這方面，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12具有優(yōu)異的工藝適用性。由于形成除擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12之外的電子元件的結(jié)構(gòu)的方法是公知的，故而將省略其詳細(xì)描述。

另外，由于根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可使用2D材料形成，故而擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12可具有柔性特性。因此，擴(kuò)散阻擋層B10、B11和B12以及包括其的多層結(jié)構(gòu)體可容易地應(yīng)用于多種柔性器件。

應(yīng)理解，本文中描述的實(shí)例實(shí)施方式應(yīng)僅在描述的意義上考慮并且不用于限制的目的。根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的各器件或方法內(nèi)的特征或方面的描述應(yīng)典型地被認(rèn)為可用于根據(jù)實(shí)例實(shí)施方式的其它器件或方法中的其它類似特征或方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，以上參照圖1-26描述的擴(kuò)散阻擋層、包括所述擴(kuò)散阻擋層的多層結(jié)構(gòu)體、和包括所述多層結(jié)構(gòu)體的電子器件(半導(dǎo)體器件)的構(gòu)造可進(jìn)行不同的改變。特別地，所述擴(kuò)散阻擋層可具有約10nm或更大的厚度，且所述擴(kuò)散阻擋層可設(shè)置在兩個不同的導(dǎo)電層(金屬層或金屬性材料層)之間并且用于限制或防止材料在所述兩個不同的導(dǎo)電層之間移動。此外，所述擴(kuò)散阻擋層應(yīng)用于其的電子器件(半導(dǎo)體器件)的構(gòu)造也可進(jìn)行不同的改變。

盡管已經(jīng)具體地展示和描述一些實(shí)例實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離權(quán)利要求的精神和范圍的情況下可在其中進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)上的變化。