[发明专利]三层混合晶向绝缘体上半导体结构及其制作方法

说明书

本发明提供一种三层混合晶向绝缘体上半导体结构及其制作方法，包括：基底、第一掩蔽层、第一凹槽、GaN层、第二凹槽、第一侧墙结构、单晶硅层、第三凹槽、第二侧墙结构、以及GeSi层，其中，所述GeSi层、GaN层以及单晶硅层的上表面在同一平面上持平。GaN层表面用于后续制备高频（超）高压GaN器件，(110)晶面锗硅层表面用于后续制备高频（超）低压锗硅器件，以利于充分增大孔穴载流子迁移率，(100)晶面单晶硅层表面用于后续制备常规硅基器件，从而充分利用SOI技术、锗硅技术、GaN技术、常规硅基技术将高频、（超）高压、（超）低压、高可靠性以及常规硅基纳米级器件整合设计到一个平面型半导体集成电路中提供一种先进的结构、工艺技术。

技术领域

本发明属于半导体器件制造领域，特别是涉及一种三层混合晶向绝缘体上半导体结构及其制作方法。

背景技术

目前，通常情况下，混合晶向SOI是指衬底硅和顶层硅的晶面不一样的SOI结构，其目的是将NMOSFET和PMOSFET分别制备于(100)晶面和(110)晶面的硅基上，从而在保持NMOSFET中电子载流子的迁移率下，充分增大PMOSFET中空穴载流子的迁移率，以使NMOSFET和PMOSFET工作电流充分平衡，增大CMOS电路功能，简化CMOS电路设计。

基于上述常规混合晶向SOI结构，黄晓橹等发表于《半导体技术》2012Vol.37No.8期上的论文《局部化混合晶向应变硅CMOS结构及其制备方法》提出了一种局部化混合晶向应变硅CMOS结构及其制备方法，通过硬掩膜淀积、光刻、干法刻蚀、外延、CMP、湿法刻蚀等工序，使得(110)硅面和(100)硅面实现平面化，然后在同一平面上分别制备NMOSFET和PMOSFET，如图1所示。

同时，锗硅材料和锗材料的研究和应用目前正成为半导体研究的热点，主要因为锗具有如下优点：1)空穴迁移率最大，是硅的四倍；电子迁移率是硅的两倍。2)禁带宽度比较小，有利于发展低电压器件。3)施主/受主的激活温度远低于硅，有利于节省热预算。4)小的波尔激子半径，有助于提高它的场发射特性。5)小的禁带宽度，有助于组合介电材料，降低漏电流。但锗的缺点也很明显，锗属于较为活泼的材料，它和介电材料的界面容易发生氧化还原反应，生成GeO，产生较多缺陷，进而影响材料的性能。但随着半导体技术的发展，锗硅材料和锗材料的缺点正逐渐被克服，而优点可以很好得到利用，目前，业界在开发以锗硅或锗材料作为衬底材料的超低压高频器件方面已取得长足进步。

另外，GaN材料的研究与应用是目前全球半导体研究的前沿和热点，是研制微电子器件、光电子器件的新型半导体材料，并与SIC、金刚石等半导体材料一起，被誉为是继第一代Ge、Si半导体材料、第二代GaAs、InP化合物半导体材料之后的第三代半导体材料。它具有宽的直接带隙、强的原子键、高的热导率、化学稳定性好(几乎不被任何酸腐蚀)等性质和强的抗辐照能力，在光电子、高温大功率器件和高频微波器件应用方面有着广阔的前景。通常，由于晶格结构接近，一般通过在(111)晶面的硅晶格表面外延生成晶格结构稳定的GaN材料。

由于衬底材料的不同，如何充分利用好SOI技术、锗硅技术、GaN技术将高频、(超)高压、(超)低压、高可靠性的纳米级器件整合设计到一个平面型半导体集成电路中，业界尚没有相关研究。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种三层混合晶向绝缘体上半导体结构的制作方法，以为SOI技术、锗硅技术、GaN技术、常规硅基技术将高频、(超)高压、(超)低压、高可靠性以及常规硅基纳米级器件整合设计到一个平面型半导体集成电路中提供一种先进的结构及工艺技术。