[發(fā)明專利]制造降低缺陷密度的超晶格結(jié)構(gòu)的方法和器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201980064303.0
• 申請日: 2019-08-27
• 公開（公告）號: CN112789730A
• 公開（公告）日: 2021-05-11
• 發(fā)明（設計）人: K·D·威克斯;N·W·科迪;M·海塔;R·J·米爾斯;R·J·史蒂芬森
• 申請（專利權(quán)）人: 阿托梅拉公司
• 主分類號: H01L29/15
• 分類號: H01L29/15;H01L21/02;H01L29/78
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 秦晨

一種用于制造半導體器件的方法，可以包括在包括多個堆疊的層組的基板上形成超晶格，其中每個層組包括限定基礎半導體部分的多個堆疊的基體半導體單層，以及被限制在相鄰基礎半導體部分的晶格內(nèi)的至少一個非半導體單層。此外，形成基礎半導體部分中的至少一個基礎半導體部分可以包括過度生長至少一個基礎半導體部分以及回蝕過度生長的至少一個基礎半導體部分。

技術(shù)領域

本公開一般而言涉及半導體器件，并且更具體地，涉及用于制造具有增強的半導體材料的半導體器件的方法。

背景技術(shù)

已經(jīng)提出了增強半導體器件的性能的結(jié)構(gòu)和技術(shù)，諸如通過增強電荷載流子的移動性。例如，授予Currie等人的美國專利申請No.2003/0057416公開了硅、硅鍺和松弛硅的應變材料層，并且還包括無雜質(zhì)的區(qū)(否則雜質(zhì)會造成性能降級)。在上部硅層中產(chǎn)生的雙軸應變更改了載流子移動性，從而實現(xiàn)了更高速度和/或更低功率的器件。授予Fitzgerald等人的已公開美國專利申請No.2003/0034529公開了也基于類似的應變硅技術(shù)的CMOS反相器。

授予Takagi的美國專利No.6,472,685B2公開了一種半導體器件，其包括硅和夾在硅層之間的碳層，使得第二硅層的導帶和價帶接受拉伸應變。有效質(zhì)量較小并且已經(jīng)由施加到柵電極的電場感應出的電子被限制在第二硅層中，因此，斷言n溝道MOSFET具有更高的移動性。

授予Ishibashi等人的美國專利No.4,937,204公開了一種超晶格，其中交替地且外延生長其中少于八個單層并且包含分數(shù)或二元或二元化合物半導體層的多個層。主電流流動的方向垂直于超晶格的層。

授予Wang等人的美國專利No.5,357,119公開了通過減少超晶格中的合金散射而獲得的具有更高移動性的Si-Ge短周期超晶格。沿著這些思路，授予Candelaria的美國專利No.5,683,934公開了一種增強移動性的MOSFET，該MOSFET包括溝道層，該溝道層包括以將溝道層置于拉伸應變下的百分比交替存在于硅晶格中的硅合金和第二材料。

授予Tsu的美國專利No.5,216,262公開了一種量子阱結(jié)構(gòu)，其包括兩個勢壘區(qū)域和夾在勢壘之間的外延生長的薄半導體層。每個勢壘區(qū)域由交替的SiO2/Si層組成，其厚度一般在二到六個單層的范圍內(nèi)。在勢壘層之間夾有厚得多的硅部分。

Tsu于2000年9月6日在Applied Physics and Materials ScienceProcessing第391-402頁在線發(fā)表的標題為“Phenomena in silicon nanostructure devices”的文章公開了硅和氧的半導體原子超晶格(SAS)。公開了在硅量子和發(fā)光器件中有用的Si/O超晶格。特別地，構(gòu)造并測試了綠色電致發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。二極管結(jié)構(gòu)中的電流流動是垂直的，即，垂直于SAS的層。所公開的SAS可以包括被諸如氧原子和CO分子之類的吸附物質(zhì)隔開的半導體層。超出被吸附的氧單層的硅生長被描述為具有相當?shù)腿毕菝芏鹊耐庋由L。一種SAS結(jié)構(gòu)包括1.1nm厚的硅部分，該部分大約為八個原子硅層，而另一種結(jié)構(gòu)的硅厚度是該硅厚度的兩倍。發(fā)表在Physical Review Letters第89卷第7期(2002年8月12日)上的Luo等人的標題為“Chemical Design of Direct-Gap Light-Emitting Silicon”的文章進一步討論了Tsu的發(fā)光SAS結(jié)構(gòu)。

授予Wang，Tsu和Lofgren的已公開國際申請WO 02/103,767 A1公開了由薄硅和氧、碳、氮、磷、銻、砷或氫形成的勢壘層構(gòu)造塊，由此超過四個數(shù)量級進一步減少了垂直流過晶格的電流。絕緣層/勢壘層允許在絕緣層旁邊沉積低缺陷外延硅。

授予Mears等人的公開的英國專利申請2,347,520公開了非周期性光子帶隙(APBG)結(jié)構(gòu)的原理可以適用于電子帶隙工程。特別地，該申請公開了可以調(diào)整材料參數(shù)(例如，能帶最小值的位置、有效質(zhì)量等)，以產(chǎn)生具有期望帶結(jié)構(gòu)特點的新型非周期性材料。還公開了其它參數(shù)(諸如電導率、熱導率和介電常數(shù)或磁導率)也可能被設計進該材料中。