包括超晶格与不同的非半导体材料单层的半导体器件和相关方法技术

半导体器件可包括半导体衬底(121)和在所述半导体衬底上并包括多个堆叠的层组的超晶格(125)。所述超晶格的每个层组可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(146a

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括超晶格与不同的非半导体材料单层的半导体器件和相关方法


[0001]本公开内容大体上涉及半导体器件，并且更特别地涉及具有增强半导体材料的半导体器件和相关方法。
[0002]背景
[0003]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
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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。
[0004]Takagi的美国专利号6,472,685 B2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
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通道MOSFET具有较高的迁移率。
[0005]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。
[0006]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
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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，所述通道层包含硅与第二材料的合金，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。
[0007]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。在阻隔体之间夹着硅的厚得多的部分。
[0008]也是Tsu的题目为“Phenomena in silicon nanostructure devices”并在2000年9月6日由Applied Physics and Materials Science&Processing第391
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402页在线公布的文章公开了硅和氧的半导体
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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的缺陷密度的外延。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Physical Review Letters，第89卷，第7期(2002年8月12日)中公布的Luo等人题目为“Chemical Design of Direct
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Gap Light
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Emitting Silicon”的文章还讨论了Tsu的发光SAS结构。
[0009]Wang等人的美国专利号7,105,895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。
[0010]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。
[0011]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。
[0012]尽管存在这样的途径，但是对于在半导体器件中使用先进半导体材料和加工技术来实现改进的性能而言进一步的增强可为期望的。
[0013]概述
[0014]半导体器件可包括半导体衬底和在所述半导体衬底上并包括多个堆叠的层组的超晶格。所述超晶格的每个层组可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格内的至少一个非半导体单层。第一至少一个非半导体单层可被约束在第一对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含第一非半导体材料，且第二至少一个非半导体单层可被约束在第二对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一非半导体材料的第二非半导体材料。
[0015]通过实例的方式，所述第一非半导体材料可包含氧和氮，和所述第二非半导体材料可包含碳和氧中至少一者。在一个示例实施方案中，第三至少一个非半导体单层可被约束在第三对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一和第二非半导体材料的第三非半导体材料。
[0016]在示例实施方式中，所述第一非半导体材料可包含氮，和在所述超晶格中所述第一至少一个非半导体单层可所述在第二至少一个非半导体单层上方。按照另一实例，在所述第一至少一个非半导体单层和所述第二至少一个非半导体单层之间的基础半导体部分可包含碳掺杂剂。所述基础半导体单层可包含例如硅。所述半导体器件还可包括间隔开的源极和漏极区域从而限定所述超晶格内的通道，并且包括覆盖所述通道的栅极。
[0017]制备半导体器件的方法可包括在半导体衬底上形成超晶格并包括多个堆叠的层组。所述超晶格的每个层组可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格内的至少一个非半导体单层。第一至少一个非半导体单层可被约束在第一对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含第一非半导体材料，且第二至少一个非半导体单层可被约束在第二对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一非半导体材料的第二非半导体材料。
[0018]通过实例的方式，所述第一非半导体材料可包含氧和氮，和所述第二非半导体材料可包含碳和氧中至少一者。在一个示例实施方案中，第三至少一个非半导体单层可被约束在包含不同于所述第一和第二非半导体材料的第三非半导体材料的第三对相邻的基础半导体部分的晶格内。
[0019]在示例实施方式中，所述第一非半导体材料可包含氮，和在所述超晶格中第一至少一个非半导体单层可在所述第二至少一个非半导体单层上方。按照另一实例，在所述第一至少一个非半导体单层和所述第二至少一个非半导体单层之间的基础半导体部分可包含碳掺杂剂。所述基础半导体单层可包含例如硅。在示例实施本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.半导体器件，包含：半导体衬底；和在所述半导体衬底上并包含多个堆叠的层组的超晶格，其中所述超晶格的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格内的至少一个非半导体单层；其中被约束在第一对相邻的基础半导体部分的晶格内的第一至少一个非半导体单层包含第一非半导体材料，并且其中被约束在第二对相邻的基础半导体部分的晶格内的第二至少一个非半导体单层包含不同于所述第一非半导体材料的第二非半导体材料。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一非半导体材料包含氧和氮。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第二非半导体材料包含碳和氧中至少一者。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中被约束在第三对相邻的基础半导体部分的晶格内的第三至少一个非半导体单层包含不同于所述第一和第二非半导体材料的第三非半导体材料。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述第一非半导体材料包含氮，并且其中在所述超晶格中所述第一至少一个非半导体单层在所述第二至少一个非半导体单层上方。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中在所述第一至少一个非半导体单层和所述第二至少一个非半导体单层之间的基础半导体部分包含碳掺杂剂。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述基础半导体单层包含硅。8.根据权利要求1所述的半导体器件，还包含间隔开的源极和漏极区域从而限定所述超晶格内的通道，并且包含覆盖所述通道的栅极。9...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：阿托梅拉公司，
类型：发明
国别省市：