[發(fā)明專利]包括超晶格的微型機電系統(tǒng)(MEMS)器件及相關(guān)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200680018816.0
• 申請日: 2006-05-31
• 公開（公告）號: CN101258100A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 理查德·A·布蘭查德
• 申請（專利權(quán)）人: 梅爾斯科技公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進委員會專利商標事務(wù)所
• 代理人: 杜娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及包括超晶格的半導(dǎo)體器件及相關(guān)方法。

背景技術(shù)

已有多人提出一些結(jié)構(gòu)和技術(shù)來提高半導(dǎo)體器件的性能，例如通過提高電荷載流子的遷移率。例如，Currie等人的美國專利申請2003/0057416公開了硅、硅-鍺和弛豫硅的應(yīng)變材料層，其還包括無雜質(zhì)區(qū)，而如果不是無雜質(zhì)區(qū)則將導(dǎo)致性能降低。在上硅層中得到的雙軸應(yīng)變改變了電荷載流子的遷移率，并得到更高速度和/或更低功率的器件。在Fitzgerald等人的已公開的美國專利申請2003/0034529中公開了同樣以類似的應(yīng)變硅技術(shù)為基礎(chǔ)的一種CMOS反相器。

Takagi的美國專利6472685B2公開了一種包括硅層和碳層的半導(dǎo)體器件，所述碳層夾在硅層之間，從而第二硅層的導(dǎo)帶和價帶受到拉伸應(yīng)變。已經(jīng)被施加給柵電極的電場誘發(fā)的具有更小有效質(zhì)量的電子被限制在第二硅層中，因此能得到具有更高遷移率的n-溝道MOSFET。

Ishibashi等人的美國專利4937204公開了一種超晶格，其中包含一部分或二元或者二元化合物半導(dǎo)體層的多層(少于8個單層)結(jié)構(gòu)，以交替的方式外延生長。主電流流動方向與超晶格中的各層平面垂直。

Wang等人的美國專利5375119公開了一種Si-Ge短周期超晶格，其通過減少在超晶格中的合金分散來達到較高的遷移率。在這類方法中，Candelaria的美國專利5683934公開了一種遷移率提高的MOSFET，其溝道層包括硅合金和第二種物質(zhì)，該第二種物質(zhì)以能使溝道層處于拉伸應(yīng)力以一定的百分比在硅晶格中替代出現(xiàn)。

Tsu的美國專利5216262公開了一種包括兩個阻擋層區(qū)和夾在阻擋層區(qū)之間的外延生長的半導(dǎo)體薄層的量子阱(quantum?well)結(jié)構(gòu)。每個阻擋層區(qū)由厚度通常在兩個到六個單層交替的SiO₂/Si單層組成，阻擋層區(qū)之間還夾有一段厚很多的硅的部分。

由“應(yīng)用物理及材料科學(xué)與工程”(Applied?Physics?and?Materials?Science&Processing)于2000年9月6日在線發(fā)表(第391-402頁)的、Tsu寫的題為“硅納米結(jié)構(gòu)器件中的現(xiàn)象”(“Phenomena?in?silicon?nanostructure?devices”)一文中，公開了一種硅和氧的半導(dǎo)體-原子超晶格(SAS)。所公開的Si/O超晶格可用于硅量子和光發(fā)射器件。特別揭示了如何構(gòu)造并測試一種綠色電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。該二極管結(jié)構(gòu)中的電流流動方向是垂直的，即垂直于SAS的層面。所公開的SAS可以包括由如氧原子和CO分子等的被吸收雜質(zhì)所分離開的半導(dǎo)體層。在氧被吸收單層之外所生成的硅被描述成具有相當?shù)腿毕菝芏鹊耐庋印Ｒ粋€SAS結(jié)構(gòu)包括具有約8個硅原子層的1.1nm厚的硅區(qū)，而另一結(jié)構(gòu)中硅部分的厚度為此厚度的兩倍。Luo等人的一篇發(fā)表于“物理學(xué)報”(Physical?ReviewLetters)，第89卷第7期(2002年8月12日)，題為“Chemical?Design?ofDirect-Gap?Light-Emitting?Silicon”的文章進一步討論了Tsu的光發(fā)射SAS結(jié)構(gòu)。

Wang、Tsu和Lofgren的已公開的國際專利申請WO02/103767A1公開了一種薄的硅和氧、碳、氮、磷、銻、砷或氫的阻擋層結(jié)構(gòu)塊(barrier?buildingblock)，其可以將通過垂直流經(jīng)晶格的電流降低4個數(shù)量級以上。絕緣層/阻擋層允許在絕緣層上接著沉積低缺陷的外延硅。

Mears等人的已公開的英國專利申請2347520公開了非周期性光帶隙(APBG)結(jié)構(gòu)原理可應(yīng)用于電子帶隙工程。具體地說，該申請公開了材料參數(shù)，例如能帶最小值的位置、有效質(zhì)量等，都可以進行調(diào)節(jié)來獲取具有所需能帶結(jié)構(gòu)特性的新的非周期性材料。該申請還公開了其它參數(shù)，例如電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率和介電常數(shù)或者磁導(dǎo)率，也可以被設(shè)計到材料中去。

發(fā)明內(nèi)容

一種微型機電系統(tǒng)(MEMS)器件，可以包括襯底和由該襯底支撐的至少一個移動元件。所述至少一個移動元件包含有包括多個堆疊的層組的超晶格，所述超晶格的每個層組包括多個堆疊的基本半導(dǎo)體單層和至少一個非半導(dǎo)體單層，其中所述基本半導(dǎo)體單層限定了基本半導(dǎo)體部分，所述非半導(dǎo)體單層限制在相鄰基本半導(dǎo)體部分的晶格內(nèi)。