[发明专利]外延结构及其形成方法

说明书

技术领域

本申请总体上涉及半导体领域，更具体地，涉及外延结构及其形成方法。

背景技术

场效应晶体管（FET）的速度与FET的驱动电流密切相关，驱动电流进一步与电荷的迁移率密切相关。例如，当电子迁移率在它们的沟道区中较高时，则NFET具有高驱动电流，而当空穴迁移率在它们的沟道区域中较高时，则PFET具有高驱动电流。由于III族和Ⅴ族元素化合物半导体材料（称为III-Ⅴ族化合物半导体）具有高电子迁移率，因此其是用于形成晶体管的良好的备选材料。因此，已经开发出由III-Ⅴ族化合物半导体形成的晶体管。

然而，由于很难获得III-Ⅴ族元素的块状晶体，因此通常需要在其它衬底上生长III-Ⅴ族化合物半导体膜。由于这些衬底与III-Ⅴ族化合物半导体的晶格常数和热膨胀系数不同，所以III-Ⅴ族化合物半导体膜在不同衬底上的生长面临着困难。已经使用各种方法来形成没有严重缺陷的高品质III-Ⅴ族化合物半导体。例如，从位于浅沟槽隔离（STI）区域之间的沟槽中生长III-Ⅴ族化合物半导体以利用纵横比陷阱（aspect ratio trapping，ART）限制（trap）III-Ⅴ族化合物半导体膜底部处的缺陷并且防止缺陷传播至表面区域。

使用在STI区域之间的沟槽中的不同衬底上生长的III-Ⅴ族化合物半导体的一些结构，可以与在不同III-Ⅴ族化合物半导体上生长的一个III-Ⅴ族化合物半导体集成。在这些情况下，即使ART可以减小表面区域处的缺陷，但也可能通过在不同的III-V族化合物半导体上生长III-V族化合物半导体而产生缺陷（例如，面缺陷）。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种方法，包括：形成具有沟槽的衬底，沟槽由隔离区域限定；在沟槽中外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体，第一III-Ⅴ族化合物半导体具有第一表面；蚀刻第一III-Ⅴ族化合物半导体的第一表面，以形成第一III-Ⅴ族化合物半导体的改性表面；以及在第一III-Ⅴ族化合物半导体的改性表面上外延生长第二III-Ⅴ族化合物半导体。

其中，在金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）腔室中使用MOCVD实施外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体的步骤，并且在外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体的步骤之后，在MOCVD腔室中实施蚀刻第一III-Ⅴ族化合物半导体的第一表面的步骤。

其中，蚀刻第一表面包括使用氯化氢（HCl）气体。

其中，第一表面包括第一表面定向，并且改性表面包括圆化表面。

其中，第一表面包括具有第一表面定向的小平面。

其中，第一表面包括第一表面定向，并且改性表面包括第二表面定向，第二表面定向与第一表面定向不同。

其中，第一表面包括具有第一表面定向的小平面，并且第二表面定向与衬底的第三表面定向不同。

其中，第一表面包括具有第一表面定向的小平面，并且第二表面定向与衬底的第三表面定向相同。

其中，衬底包括（100）半导体衬底；第一表面包括（111）小平面；以及改性表面包括（i）被圆化、（ii）具有（113）定向、（iii）具有（100）定向或（iv）它们的组合的表面。

此外，还提供了一种方法，包括：在衬底上形成沟槽，沟槽由邻近的隔离区域限定；在沟槽中外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体，第一III-Ⅴ族化合物半导体具有包括小平面的第一表面，在腔室中实施外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体的步骤；在外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体的步骤之后，蚀刻第一III-Ⅴ族化合物半导体的第一表面，以形成第一III-Ⅴ族化合物半导体的改性表面，在腔室中原位实施蚀刻第一表面的步骤；以及在第一III-Ⅴ族化合物半导体的改性表面上外延生长第二III-Ⅴ族化合物半导体。

其中，使用金属有机物化学汽相沉积（MOCVD）实施外延生长第一III-Ⅴ族化合物半导体的步骤。

其中，蚀刻第一表面包括使用氯化氢（HCl）气体。

其中，改性表面包括圆化表面。

其中，改性表面包括与衬底的第二表面定向不同的第一表面定向。

其中，改性表面包括与衬底的第二表面定向相同的第一表面定向。

其中，衬底包括（100）半导体衬底；小平面为（111）小平面；以及改性表面包括（i）被圆化、（ii）具有（113）定向、（iii）具有（100）定向或（iv）它们的组合的表面。