包括化合物半导体材料和阻挡杂质和点缺陷的超晶格的半导体器件及方法技术

半导体器件可包括其中具有凹槽的包括第一第IV族半导体的衬底(101)，在该凹槽内包含第III‑V族半导体的活性层(105)，和在该衬底和该活性层之间并且包含第二第IV族半导体的缓冲层(104)。该半导体器件还包括与缓冲层(104)相邻的阻挡杂质和点缺陷的超晶格层(125a、125b)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括化合物半导体材料和阻挡杂质和点缺陷的超晶格的半导体器件及方法
本公开内容大体上涉及半导体器件，并且更特别地涉及用于半导体器件的增强材料和制造技术。背景提出了结构和技术来增强半导体器件的性能，例如通过增强载流子的迁移率。例如，Currie等人的美国专利申请号2003/0057416公开了硅、硅-锗和弛豫硅的应变材料层并且应变材料层还包括无杂质区域(否则将引起性能劣化)。在上部硅层中产生的双轴应变改变载流子迁移率，使较高速度和/或较低功率的器件成为可能。Fitzgerald等人已公布的美国专利申请号2003/0034529公开了也基于类似应变硅技术的CMOS逆变器。Takagi的美国专利号6,472,685B2公开了半导体器件，其包括夹在硅层之间的硅和碳层，使得第二硅层的导带和价带接收拉伸应变。具有较小有效质量并由施加至栅极的电场引起的电子被限制在第二硅层中，因此声称n-通道MOSFET具有较高的迁移率。Ishibashi等人的美国专利号4,937,204公开了超晶格，其中交替和外延生长多个层(小于八个单层)，并且含有分数(fractional)或二元或二元化合物半导体层。主电流的方向与超晶格的层垂直。Wang等人的美国专利号5,357,119公开了通过在超晶格中减小合金散射而实现的具有较高迁移率的Si-Ge短周期超晶格。按照这些方法，Candelaria的美国专利号5,683,934公开了包括通道层的增强迁移率MOSFET，所述通道层包含硅和第二材料的合金，第二材料以将通道层置于拉伸应力下的百分比置换存在于硅晶格中。Tsu的美国专利号5,216,262公开了量子井结构，其包含两个阻隔体区域和夹在阻隔体之间的薄的外延生长半导体层。每个阻隔体区域由SiO2/Si的交替层组成，具有通常在2至6个单层的范围内的厚度。硅的厚得多的部分夹在阻隔体之间。也是Tsu的题目为“Phenomenainsiliconnanostructuredevices”并在2000年9月6日由AppliedPhysicsandMaterialsScience&Processing第391-402页在线公布的文章公开了硅和氧的半导体-原子超晶格(SAS)。公开Si/O超晶格可用在硅量子和发光器件中。特别地，构造并测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中的电流是竖直的，即与SAS的层垂直。公开的SAS可包括由吸附物质例如氧原子和CO分子分开的半导体层。将超过吸附的氧单层的硅生长描述为具有相当低缺陷密度的外延。一种SAS结构包括1.1nm厚的硅部分(其为约八个原子层的硅)，且另一种结构具有两倍的这个硅厚度。在PhysicalReviewLetters，第89卷，第7期(2002年8月12日)中公布的Luo等人题目为“ChemicalDesignofDirect-GapLight-EmittingSilicon”的文章还讨论了Tsu的发光SAS结构。Wang、Tsu和Lofgren已公布的国际申请WO02/103,767A1公开了薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢的阻隔结构单元，由此将竖直流过晶格的电流减小大于四个数量级。绝缘层/阻隔层允许紧挨着绝缘层沉积低缺陷的外延硅。Mears等人已公布的英国专利申请2,347,520公开了非周期光子带隙(APBG)结构的原理可适用于电子带隙工程学。特别地，该申请公开了可调整材料参数例如能带最小值位置、有效质量等从而产生具有期望带结构特性的新的非周期材料。公开了其它参数例如电导率、热导率和电介常数或磁导率也能够被设计在材料中。此外，Wang等人的美国专利号6,376,337公开了用于生产半导体器件的绝缘或阻隔层的方法，其包括沉积硅和至少一种另外的元素的层在硅衬底上，由此沉积层基本上没有缺陷使得可将基本上没有缺陷的外延的硅沉积在沉积层上。或者，一种或多种元素的单层(优选包含氧)吸附在硅衬底上。夹在外延的硅之间的多个绝缘层形成阻隔复合材料。尽管存在这样的途径，但是对于在某些应用中使用先进半导体加工技术而言进一步的改进可为期望的。概述半导体器件可包括其中具有凹槽的包括第一第IV族半导体的衬底，在该凹槽内包含第III-V族半导体的活性层，和在该衬底和该活性层之间并且包含第二第IV族半导体的缓冲层。该半导体器件还可包括与该缓冲层相邻的阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。更特别地，该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层可包括多个堆叠的层组，其中每个层组包括限定了基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，和被约束在相邻的基础半导体部分的晶体晶格内的至少一个非半导体单层。通过示例的方式，基础半导体层可包含硅和/或锗。此外，该至少一个非半导体单层可包括氧、氮、氟、碳和碳-氧中的至少一种。按照一个示例实施方案，该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层可在该衬底和该缓冲层之间。按照另一示例，第一阻挡杂质和点缺陷的超晶格层可在该衬底和该缓冲层之间，并且第二阻挡杂质和点缺陷的超晶格层可在该缓冲层和该活性层之间。通过示例的方式，第一第IV族半导体可包含硅，和第二第IV族半导体可包含锗。此外，第III-V族半导体可包含例如InP。另外，该半导体器件还可包括在该活性层上的通道层、在该通道层上的栅极、和在该栅极的相对侧上的源极和漏极。此外，该活性层的第III-V族半导体可包含第一第III-V族半导体，并且该通道层可包含不同于该第一第III-V族半导体的第二第III-V族半导体。通过示例的方式，该第二第III-V族半导体可包含InGaAs。该源极和漏极还可包含第二第III-V族半导体。制备半导体器件的方法可包括在包括第一第IV族半导体的衬底中形成凹槽，在该凹槽内形成包含第III-V族半导体的活性层，和形成在该衬底和该活性层之间并且包含第二第IV族半导体的缓冲层。该方法还可包括形成与该缓冲层相邻的阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。更特别地，形成该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层可包括形成多个堆叠的层组，其中每个层组包括限定了基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，和形成被约束在相邻的基础半导体部分的晶体晶格内的至少一个非半导体单层。通过示例的方式，基础半导体层可包含硅和/或锗。此外，该至少一个非半导体单层可包括氧、氮、氟、碳和碳-氧中的至少一种。按照一个示例实施方案，可在该衬底和该缓冲层之间形成该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。按照另一示例，可在该衬底和该缓冲层之间形成第一阻挡杂质和点缺陷的超晶格层，并且可在该缓冲层和该活性层之间形成第二阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。通过示例的方式，该第一第IV族半导体可包含硅，和该第二第IV族半导体可包含锗。此外，该第III-V族半导体可包含例如InP。另外，该方法还可包括在该活性层上形成通道层、在该通道层上形成栅极、和在该栅极的相对侧上形成源极和漏极。此外，该活性层的第III-V族半导体可包含第一第III-V族半导体，并且该通道层可包含不同于该第一第III-V族半导体的第二第III-V族半导体。通过示例的方式，该第二第III-V族半导体可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.半导体器件，包含：/n其中具有凹槽的包含第一第IV族半导体的衬底；/n在该凹槽内的包含第III-V族半导体的活性层；/n在该衬底和该活性层之间并且包含第二第IV族半导体的缓冲层；和/n与该缓冲层相邻的阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180309 US 15/916,766;20180309 US 15/916,8311.半导体器件，包含：
其中具有凹槽的包含第一第IV族半导体的衬底；
在该凹槽内的包含第III-V族半导体的活性层；
在该衬底和该活性层之间并且包含第二第IV族半导体的缓冲层；和
与该缓冲层相邻的阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。


2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层包含多个堆叠的层组，每个层组包含限定了基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，和被约束在相邻的基础半导体部分的晶体晶格内的至少一个非半导体单层。


3.根据权利要求2所述的半导体器件，其中基础半导体层包含硅单层。


4.根据权利要求2所述的半导体器件，其中基础半导体层包含锗。


5.根据权利要求2所述的半导体器件，其中该至少一个非半导体单层包含氧、氮、氟、碳和碳-氧中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层在该衬底和该缓冲层之间。


7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该阻挡杂质和点缺陷的超晶格层包含在该衬底和该缓冲层之间的第一阻挡杂质和点缺陷的超晶格层，和在该缓冲层和该活性层之间的第二阻挡杂质和点缺陷的超晶格层。


8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该第一第IV族半导体包含硅。


9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该第二第IV族半导体包含锗。


10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中该第III-V族半导体包含InP。


11.根据权利要求1所述的半导体器件，还包含：
在该活性层上的通道层；
在该通道层上的栅极；和
在该栅极的相对侧上的源极和漏极。


12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中该活性层的第III-V族半导体包含第一第III-V族半导体，并且其中该通道层包含不同于该第一第III...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·D·威克斯，N·W·科迪，M·海塔，R·J·米尔斯，R·J·斯蒂芬森，
申请(专利权)人：阿托梅拉公司，
类型：发明
国别省市：美国;US