硅表面上Ⅲ-V化合物半导体的外延生长制造技术

一种器件包括硅衬底，以及在硅衬底之上并与其接触的Ⅲ-Ⅴ化合物半导体区域。该Ⅲ-Ⅴ化合物半导体区域与硅衬底具有U形界面，U形界面的半径小于大约1000nm。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及集成电路器件，更具体地，涉及硅衬底上III-V化合物半导体的形成。
技术介绍
金属氧化物半导体(MOS)晶体管的速度与MOS晶体管的驱动电流密切相关，该驱动电流进一步与电荷的迁移率密切相关。例如，当NMOS晶体管的沟道区域中的电子迁移率较高时，NMOS晶体管具有高驱动电流，而当PMOS晶体管的沟道区域中的空穴迁移率较高时，PMOS晶体管具有高驱动电流。由于III族和V族元素的化合物半导体材料(下文中称为III-V化合物半导体) 的高分子迁移率，其是形成晶体管的良好候选材料。因此，III-V基晶体管已经被开发出来。然而，因为难于获得大量III-V晶体，所以III-V化合物半导体薄膜需要生长在其他衬底上。由于这些衬底具有不同于III-V化合物半导体的晶格常数和热膨胀系数，因此III-V 化合物半导体薄膜在不同衬底上的生长会很困难。多种方法已经被用来形成高质量III-V 化合物半导体。例如，III-V化合物半导体从浅沟槽隔离区域之间的沟槽生长，以减小穿透位错的数量。III-V化合物半导体可以以<111>表面取向形成在硅衬底上，该硅衬底被称为 Si(Ill)衬底。已经发现，在刚刚被分成几个部分(cleave)或者蚀刻之后，Si(Ill)衬底可以具有1X1或者2X1重建结构(下文中各自表面被记为Si(Ill) :1 Xl表面或者 Si(Ill) :2X1表面)。然而，Si(Ill)表面在大约400°C被退火之后，可以被重构以形成稳定的Si (111) :7X7表面(也就是具有7X7重建结构的Si (111)表面)。该Si (111) =7X7 表面不适于生长高质量III-V化合物半导体。以往的研究已经揭示，通过在高于900°C的温度下进行退火，该Si (111) :7X7表面可以变回Si(Ill) :1X1表面。然而，III-V化合物半导体需要在低于900°C的温度下生长。当Si (111)衬底的温度低于生长温度时，Si(Ill) 1 X 1表面再一次变回Si (111) :7X7表面，而且所得到的III-V化合物半导体可能具有很多堆叠层错。
技术实现思路
根据一个方面，一种器件包括硅衬底，并且III-V化合物半导体区域位于该硅衬底之上并且与其接触。III-V化合物半导体区域与硅衬底之间具有U形界面，该U形界面的半径小于大约lOOOnm。其他实施例也被公开。附图说明为了更好地理解实施例及其优点，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考， 其中图1到图4是外延生长Si (001)衬底上的III-V化合物半导体区域的中间阶段的横截面图和顶视图；以及图5到图7B是制造Si (111)衬底上的III-V化合物半导体区域的中间阶段的横截面图和顶视图。具体实施例方式以下详细描述本专利技术实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了多种可以在多种特定环境下被具体化的多种可应用专利技术思想。所述的特定实施例仅是示意性的， 不限制于本公开的范围。根据实施例，提供一种形成包括III族和V族元素的III-V化合物半导体的方法。 示出了制造实施例的中间阶段。贯穿多个视图和示意性实施例，相似附图标记被用于标出类似元件。根据一个实施例，图1至图4示出了外延生长III-V化合物半导体区域的中间阶段的横截面图和顶视图。参考图1，提供了衬底10，其是半导体晶片2的一部分。在一个实施例中，衬底10是Si (001)衬底，其主要表面IOa具有<001>表面取向，在下文中相应的表面称为Si(OOl)表面。在衬底10中形成绝缘区域，比如浅沟槽隔离(STI)区域14。STI区域14的形成包括在衬底10中形成开口(当前被STI区域14填充)，并且在该开口中填充绝缘材料。虽然可以使用不同的宽度W，但是例如，STI区域14的相对侧壁之间的距离W可以小于大约lOOOnm。然后，如图2A所示，蚀刻STI区域14的相对侧壁之间的衬底10的一部分，以形成沟槽18。开槽深度Dl可以小于绝缘区域14的厚度D2。例如，开槽深度Dl可以在大约50nm 和大约500nm之间。在一个实施例中，对于衬底10的蚀刻可以采用湿蚀刻来执行，例如将氢氧化钾溶液作为蚀刻剂。因此，形成倾斜的表面20。倾斜的表面20可以基本上是直的。图2C示出了晶片2的顶视图，其中，标明了硅衬底10的结晶取向<1-10>、<_110>、 <-1-10>、和<110>。还标明了 <110>和<100>凹槽。在一个实施例中，沟槽18的纵向方向平行于<1-10>和<-110>取向。可替换地，沟槽18的纵向方向平行于<-1-10>和<110>取向。然后，如图3A所示，执行退火以对晶片2和衬底10进行退火，使得沟槽18具有U 形底部。因此，表面20变成弧形，而不是图2A中所示的基本直的。在一个实施例中，U形底部的弧形的半径R小于大约lOOOnm。例如，在处于或者接近STI区域14的相对侧壁之间的中点的底部23处，表面20的半径R小于大约lOOOnm，小于大约500nm，或者甚至小于大约200nm或者lOOnm。而且，U形底部的上边缘M还是U形底部和STI区域14之间的接合点，并且在中点底部23和上边缘M处，半径R也可以小于大约lOOOnm，小于大约500nm，或者甚至小于大约200nm或者lOOnm。U形底部可以被分为相同高度的上半部分和下半部分。 在一个实施例中，U形底部的下半部分的整体可以具有基本上一致的半径R。例如，U形底部的下半部分的不同部分的半径R之间的差小于大约10%。退火可以是氢气退火，并且可以通过在包含氢气的环境中对衬底10进行退火，并持续一段，例如，在大约0.1分钟和大约10分钟之间，直到U形底部具有期望的轮廓。该工艺气体可以包括氢气(H2)以及其他工艺气体。如图3B所示，在氢气退火之后，衬底10的U形表面20可以包括多个小表面部分，该表面部分具有大偏角(off angle) α。图;3Β示出了沟槽18中的表面20的放大部分。表面20在点23上的表面取向A 可以接近于<111>取向(表面取向)，但以偏角α偏离<111>取向。可以观察到，所示出的<111>取向仅是说明性的，并且所示的可以不同。在一个实施例中，在中点23并且也遍及表面20，偏角α大于6°，并且可以大于大约12°或者大于大约20°。偏角α也可以在大约6°和大约20°之间。在可选择的实施例中，沟槽18的U形底部通过执行各向异性蚀刻(诸如干蚀刻) 而形成，继之进行各向同性蚀刻(诸如湿蚀刻)而形成。参考图2Β，执行干蚀刻以形成沟槽18，其具有基本上平坦的底部19，尽管底部的角可以稍微弯曲的。可以通过激发的等离子气体来执行干蚀刻。接下来，可以执行各向同性蚀刻(诸如湿蚀刻)，以将沟槽18的底部变得光滑。形成U形底部需要适当的蚀刻剂。由此得到的结构也可以如图3Α和图;3Β所示。在湿蚀刻期间，沟槽18的底部也可以变得光滑。可以观察到，例如，在衬底10被分成几个部分或者蚀刻之后，紧接着，Si(Ill)表面可以具有1X1重构重建结构(在下文中相应表面被称为Si(本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种器件，包括：硅衬底；以及在所述硅衬底之上并且与所述硅衬底接触的ＩＩＩ－Ｖ化合物半导体区域，其中，所述ＩＩＩ－Ｖ化合物半导体区域与硅衬底具有Ｕ形界面，所述Ｕ形界面的半径小于大约１０００ｎｍ。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：万幸仁，柯志欣，吴政宪，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71