[发明专利]制造降低缺陷密度的超晶格结构的方法和器件

说明书

一种用于制造半导体器件的方法，可以包括在包括多个堆叠的层组的基板上形成超晶格，其中每个层组包括限定基础半导体部分的多个堆叠的基体半导体单层，以及被限制在相邻基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。此外，形成基础半导体部分中的至少一个基础半导体部分可以包括过度生长至少一个基础半导体部分以及回蚀过度生长的至少一个基础半导体部分。

技术领域

本公开一般而言涉及半导体器件，并且更具体地，涉及用于制造具有增强的半导体材料的半导体器件的方法。

背景技术

已经提出了增强半导体器件的性能的结构和技术，诸如通过增强电荷载流子的移动性。例如，授予Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416公开了硅、硅锗和松弛硅的应变材料层，并且还包括无杂质的区(否则杂质会造成性能降级)。在上部硅层中产生的双轴应变更改了载流子移动性，从而实现了更高速度和/或更低功率的器件。授予Fitzgerald等人的已公开美国专利申请No.2003/0034529公开了也基于类似的应变硅技术的CMOS反相器。

授予Takagi的美国专利No.6,472,685B2公开了一种半导体器件，其包括硅和夹在硅层之间的碳层，使得第二硅层的导带和价带接受拉伸应变。有效质量较小并且已经由施加到栅电极的电场感应出的电子被限制在第二硅层中，因此，断言n沟道MOSFET具有更高的移动性。

授予Ishibashi等人的美国专利No.4,937,204公开了一种超晶格，其中交替地且外延生长其中少于八个单层并且包含分数或二元或二元化合物半导体层的多个层。主电流流动的方向垂直于超晶格的层。

授予Wang等人的美国专利No.5,357,119公开了通过减少超晶格中的合金散射而获得的具有更高移动性的Si-Ge短周期超晶格。沿着这些思路，授予Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了一种增强移动性的MOSFET，该MOSFET包括沟道层，该沟道层包括以将沟道层置于拉伸应变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的美国专利No.5,216,262公开了一种量子阱结构，其包括两个势垒区域和夹在势垒之间的外延生长的薄半导体层。每个势垒区域由交替的SiO2/Si层组成，其厚度一般在二到六个单层的范围内。在势垒层之间夹有厚得多的硅部分。

Tsu于2000年9月6日在Applied Physics and Materials ScienceProcessing第391-402页在线发表的标题为“Phenomena in silicon nanostructure devices”的文章公开了硅和氧的半导体原子超晶格(SAS)。公开了在硅量子和发光器件中有用的Si/O超晶格。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流动是垂直的，即，垂直于SAS的层。所公开的SAS可以包括被诸如氧原子和CO分子之类的吸附物质隔开的半导体层。超出被吸附的氧单层的硅生长被描述为具有相当低缺陷密度的外延生长。一种SAS结构包括1.1nm厚的硅部分，该部分大约为八个原子硅层，而另一种结构的硅厚度是该硅厚度的两倍。发表在Physical Review Letters第89卷第7期(2002年8月12日)上的Luo等人的标题为“Chemical Design of Direct-Gap Light-Emitting Silicon”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。

授予Wang，Tsu和Lofgren的已公开国际申请WO 02/103,767 A1公开了由薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢形成的势垒层构造块，由此超过四个数量级进一步减少了垂直流过晶格的电流。绝缘层/势垒层允许在绝缘层旁边沉积低缺陷外延硅。

授予Mears等人的公开的英国专利申请2,347,520公开了非周期性光子带隙(APBG)结构的原理可以适用于电子带隙工程。特别地，该申请公开了可以调整材料参数(例如，能带最小值的位置、有效质量等)，以产生具有期望带结构特点的新型非周期性材料。还公开了其它参数(诸如电导率、热导率和介电常数或磁导率)也可能被设计进该材料中。