一种半导体装置，所述半导体装置可以包括：衬底上交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，所述超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。所述半导体装置可以进一步包括在所述交替的超晶格层和体半导体层的堆叠的上部体半导体层中的间隔开的源极区和漏极区，以及在间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上的栅极，和延伸穿过体层和超晶格层并进入衬底的STI区，并且可以用交替的掺杂剂导电类型对体层进行掺杂。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本申请涉及半导体领域，并且更具体地，涉及包含超晶格的半导体装置和相关方法。
技术介绍
已经提出了结构和技术来增强半导体装置的性能，比如通过增强电荷载流子的迁移率来增强半导体装置的性能。例如，Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416公开了硅的应变材料层、硅-锗以及松弛硅并且还包括无杂质区域(否则将会引起性能退化)。上部硅层中产生的双轴应变改变载流子迁移率，从而允许较高速和/或较低功耗装置。Fitzgerald等人的已公布的美国专利申请No.2003/0034529公开了同样基于类似应变硅技术的CMOS反相器。Takagi的美国专利No.6,472,685B2公开了一种半导体装置，该半导体装置包括夹于硅层间的硅碳层，以使得第二硅层的导带和价带受到拉伸应变。具有较小的有效质量并且已被施加到栅极电极的电场感应的电子被限制在第二硅层中，因此，可以肯定n沟道MOSFET具有更高的迁移率。Ishibashi等人的美国专利No.4,937,204公开了一种超晶格，其中多层(少于8个单层，且包含部分或双金属半导体层或二元化合物半导体层)交替地并且外延地生长。主电流流动方向垂直于超晶格层。Wang等人的美国专利No.5,357,119公开了具有通过减少超晶格中的合金散射获得的较高迁移率的硅-锗短周期超晶格。按照这些原则，Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了包括沟道层的增强迁移率MOSFET，该沟道层包含硅和在硅晶格中以一定比例替代性出现的第二材料的合金，这将沟道层置于拉伸应力下。Tsu的美国专利No.5,216,262公开了包括两个势垒区和夹于势垒之间的薄外延生长的半导体层的量子阱结构。每个势垒区包括厚度通常在2到6个单层范围内的交替的SiO2/Si层。硅的更厚部分夹于势垒之间。同样Tsu于2000年9月6日在Appllied Physics and MaterialsScience&Processing的第391-402页在线发表的题目为“Phenomenain silicon nanostructure devices”的文章公开了硅和氧的半导体-原子超晶格(SAS)。Si/O超晶格被公开为在硅量子以及发光装置中是有用的。具体地，构建和测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中电流流动是垂直的，即垂直于SAS层。公开的SAS可以包括由吸附物(诸如氧原子、以及CO分子)分开的半导体层。在吸收的氧单层上硅的生长被描述为具有相当低缺陷密度的外延。一个SAS结构包括1.1nm厚的硅部分(即，大约8个硅原子层)以及具有两倍于此硅厚度的另一个结构。Luo等人在Physics Review Letters,Vol.89,No.7(2002年8月12日)发表的题目为“Chemical Design of Direct-GapLight-Emitting Silicon”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。Wang、Tsu和Lofgren的已公开的国际申请WO 02/103,767A1公开了薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或者氢的势垒构成块，从而使垂直地流过晶格的电流降低了超过四个量级。绝缘层/势垒层允许低缺陷外延硅接着沉积到绝缘层。Mears等人的已公开的英国专利申请2,347,520公开了非周期性光子带隙(APBG)结构的原理可能适合于电子带隙工程。具体地，该申请公开了可以设定材料参数(例如，能带极小值的位置、有效质量等等)来产生具有期望的能带结构特性的新非周期性材料。还公开了可以对材料进行设计的其它参数(诸如电导率、热导率和介电常数或者磁导率)。尽管由这些结构提供了优势，但是用于在各种半导体装置中集成先进半导体材料的进一步的发展可能是希望的。
技术实现思路
一种用于制备半导体装置的方法，所述方法可以包括：在衬底上形成交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，并且超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。所述方法还可以包括在交替的超晶格层和体半导体层的堆叠的上部体半导体层中形成间隔开的源极区和漏极区，并且在间隔开的源极区和漏极区之间，在上部体半导体层上形成栅极。更具体地，所述方法可以进一步包括形成延伸穿过所述交替的超晶格层和体半导体层的堆叠并进入所述衬底的至少一个浅沟槽隔离(STI)区。此外，所述方法还可以包括以交替的掺杂剂导电类型对相应的超晶格之间的体层进行掺杂。通过示例，每个基础半导体部分可以包含硅、锗等。同样通过示例，所述至少一个非半导体单层包含选自包括氧、氮、氟和碳-氧的组的非半导体。形成所述栅极可以包括在所述间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上形成氧化物层，以及形成覆在所述氧化物层上的栅极电极。此外，来自相对的基础半导体部分的至少一些半导体原子通过其间的所述非半导体层可以被化学地束缚在一起。相关的半导体装置可以包括：衬底上交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，并且所述超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。所述半导体装置可以进一步包括在交替的超晶格层和体半导体层的堆叠的上部体半导体层中的间隔开的源极区和漏极区，以及在间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上的栅极。附图说明图1A是根据本专利技术的用于在半导体装置中使用的超晶格的高倍放大的示意性截面图。图2是图1中示出的超晶格的一部分的透视示意性原子图。图3是根据本专利技术的超晶格的另一个实施例的高倍放大的示意性截面图。图4A是对现有技术中的体硅和图1-2中示出的4/1Si/O超晶格两者从伽马点(G)计算的能带结构的图表。图4B是对现有技术中的体硅和图1-2中示出的4/1Si/O超晶格两者从Z点计算的能带结构的图表。图4C是对现有技术中的体硅和图3中示出的5/1/3/1Si/O超晶格两者从伽马点和Z点计算的能带结构的图表。图5是根据示例实施例的包括超晶格耗尽层堆叠的平面CMOS装置的截面图。图6-8是例示制备图5的平面CMOS装置的方法的一系列截面图。图9是对应于图5-8中例示的工艺步骤的流程图。具体实施方式现在将参考附图在下文中更完整地描述本专利技术，附图中示出了本专利技术的优选实施例。然而，本专利技术可以以多种不同形式来体现并且不应该解释为局限于本文阐述的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开将是透彻且完整的，并且将向本领域技术人员完整地传达本专利技术的范围。同样的附图标记始终指代同样的要素，并且主要符号被用来指示不同实施例中的类似要素。本专利技术涉及在原子或分子层面控制半导体材料的性质。进一步地，本专利技术涉及用于在半导体装置中使用的改进材料的确定、创造以及使用。申请人从理论上阐明(但不希望束缚于此)本文描述的特定超晶格降低了电荷载流子的有效质量，并且这从而导致更高的电荷载流子迁移率。在文献中，用各种定义来描述有效质量。作为有效质量的改进的测量，申请人分别针对电子和空穴使用“电导率倒数有效质量张量(conductivity reciprocal effectiv本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于制备半导体装置的方法，所述方法包括：在衬底上形成交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，所述超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；在所述交替的超晶格层和体半导体层的堆叠的上部体半导体层中形成间隔开的源极区和漏极区；并且在所述间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上形成栅极。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.22 US 61/907,6261.一种用于制备半导体装置的方法，所述方法包括：在衬底上形成交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，所述超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；在所述交替的超晶格层和体半导体层的堆叠的上部体半导体层中形成间隔开的源极区和漏极区；并且在所述间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上形成栅极。2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括形成延伸穿过所述交替的超晶格层和体半导体层的堆叠并进入所述衬底的至少一个浅沟槽隔离STI区。3.根据权利要求1所述的方法，进一步包括以交替的掺杂剂导电类型对相应的超晶格之间的体层进行掺杂。4.根据权利要求1所述的方法，其中每个基础半导体部分包含硅。5.根据权利要求1所述的方法，其中每个基础半导体部分包含锗。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个非半导体单层包含氧。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一个非半导体单层包含选自包括氧、氮、氟和碳-氧的组的非半导体。8.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述栅极包括：在所述间隔开的源极区和漏极区之间，在所述上部体半导体层上形成氧化物层，以及形成覆在所述氧化物层上的栅极电极。9.根据权利要求1所述的方法，其中来自每个超晶格层的相对的基础半导体部分的至少一些半导体原子通过其间的所述非半导体单层被化学地束缚在一起。10.一种半导体装置，包括：衬底上交替的超晶格层和体半导体层的堆叠，每个超晶格层包括多个堆叠的层组，所述超晶格层的每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层和约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层；在所述交替的超晶格层和体...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·J·梅尔斯，武内秀木，E·特洛特曼，
申请(专利权)人：阿托梅拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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