[發(fā)明專利]包括III-V 族化合物半導體層的半導體器件及其制造方法

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• 申請日: 2012-09-17
• 公開（公告）號: CN103094320A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李商文;申在光;曹永真
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L29/10
• 分類號: H01L29/10;H01L29/78;H01L21/336
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 李昕巍

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及半導體器件及制造該半導體器件的方法，更具體而言，涉及包括III-V族化合物半導體層的半導體器件及制造該半導體器件的方法。

背景技術(shù)

由于半導體器件被高度集成，所以半導體器件的元件的尺寸和它們之間的距離減小。例如，在硅（Si）基晶體管中，源電極、漏電極和柵電極的尺寸和它們之間的距離減小。由于柵電極的尺寸減小，所以溝道的長度也減小，因此由于短溝道效應導致晶體管的特性惡化。

為了應對柵電極的尺寸方面的限制，正在研究用III-V族材料代替溝道材料的技術(shù)。而且，正在研究將Si器件和包括III-V族材料的光學器件集成為一個器件的技術(shù)以及在Si基板上制造包括高效率的III-V族材料的太陽能電池的技術(shù)。

然而，由于III-V族材料與Si之間的晶格常數(shù)和熱導率之間的大的差異，在兩種材料之間的界面上形成大量缺陷。這樣，在Si基器件中使用III-V族材料會受到限制。

發(fā)明內(nèi)容

提供了一種包括III-V族化合物半導體層的具有減少的生長缺陷的半導體器件。

提供了制造該半導體器件的方法。

額外的方面將在后面的描述中部分的闡述，部分地從該描述變得明顯，或者可以通過實踐所給出的實施方式而獲知。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，半導體器件包括：硅（Si）基板，包括孔；硬掩模，在基板上圍繞孔形成；第一材料層，填充在孔內(nèi)并形成在所述硬掩模上；上材料層，形成在第一材料層上；和器件層，形成在上材料層上，其中第一材料層是III-V族材料層。

該III-V族材料層可以是III-V族化合物半導體層。

上材料層可以是第一材料層的一部分。

上材料層可以使用與第一材料層相同的材料或不同的材料形成。

半導體器件還可以包括形成在第一材料層與上材料層之間的緩沖層。

半導體器件還可以包括：第一勢壘層，形成在第一材料層與上材料層之間；和第二勢壘層，形成在上材料層上。

器件層可以包括鰭場效應晶體管（FinFET）、太陽能電池、發(fā)光二極管（LED）或激光二極管（LD）。

緩沖層可以使用與第一材料層相同的材料或不同的材料形成。

第一勢壘層和第二勢壘層可以通過使用帶隙大于用于形成上材料層的材料的帶隙的材料形成。

第一勢壘層和第二勢壘層可以通過使用與第一材料層相同的材料或不同的材料形成。

填充在孔中的第一材料層可以包括空的空間。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，制造半導體器件的方法包括：在硅基板的上表面上形成用于暴露上表面的一部分的硬掩模；在基板的暴露部分中形成孔；在硬掩模上生長第一材料層以填充孔；在第一材料層上生長上材料層；和在上材料層上形成器件層，其中第一材料層是III-V族材料層。

III-V族材料層可以是III-V族化合物半導體層。

上材料層與第一材料層之間的相互關(guān)系可以如上所述。

上材料層可以是第一材料層的一部分，且可以依次生長第一材料層和上材料層。

器件層可以如上所述。

該方法還可以包括：平坦化第一材料層的上表面；在第一材料層的平坦化的上表面上生長緩沖層；和在緩沖層上生長上材料層。

緩沖層可以如上所述。

該方法還可以包括使用帶隙大于用于形成上材料層的材料的帶隙的材料在第一材料層與上材料層之間生長第一勢壘層。在此情形下，該方法還可以包括使用帶隙大于用于形成上材料層的材料的帶隙的材料在上材料層上生長第二勢壘層。

第一勢壘層可以使用與第一材料層相同的材料或不同的材料生長。第二勢壘層可以使用與第一材料層相同的材料或不同的材料生長。

第一材料層和上材料層可以使用二元、三元或四元III-V族化合物半導體生長。

根據(jù)本發(fā)明的實施方式，具有預定深度的孔形成在Si基板的限定區(qū)域中，III-V族材料從孔的側(cè)表面和Si基板上生長。這樣，Si材料與III-V族材料之間的界面上的缺陷區(qū)域可以被限制在孔內(nèi)側(cè)。因此，形成在Si基板上的III-V族材料的缺陷密度被大大減小。如果調(diào)節(jié)III-V族材料的生長條件以在孔中生長的III-V族材料中形成諸如空隙的空的空間，形成在Si基板上的III-V族材料的缺陷密度可以進一步減小。

由于在半導體器件中使用具有低的缺陷密度的III-V族材料（化合物半導體），所以可以改善半導體器件的特性。

附圖說明