[发明专利]具有晶体硅氧化物的绝缘体上硅

说明书

一种用于形成半导体结构(200)的方法(100)，所述半导体结构(200)包括用晶体硅氧化物SiO_x作为绝缘材料的绝缘体上硅层结构，该方法包括：在真空室中提供(120)具有充分清洁的沉积表面(202)的晶体硅衬底(201)；将所述硅衬底加热(130)至550至1200，550至1000或550至850℃范围内的氧化温度T_o；向所述真空室供给(140)氧剂量D_o在0.1至1000朗格缪尔范围内的分子氧O₂，同时保持所述硅衬底处于所述氧化温度，其中所述真空室中的氧化压力P_o在1·10^‑8至1·10^‑4毫巴的范围内；其中在所述硅衬底中，在晶体硅基层(203)和晶体硅顶层(205)之间形成厚度为至少两个分子层的晶体硅氧化物层(204)。

背景技术

绝缘体上硅(SOI)结构可以用作各种类型半导体器件，如MOSFET和其它类型晶体管，和其它类型微电子元件和电路以及硅光子元件的衬底和构建块。

SOI结构的质量对形成在该衬底上的器件的性能非常重要。在许多应用中，结晶、高质量SOI结构会带来最佳的器件性能。

传统上，SOI层结构已通过离子注入制造，包括氧离子轰击现有硅表面，然后退火处理。这导致在硅衬底内形成非晶硅氧化物层。一个缺点是，离子轰击对硅氧化物上方的剩余硅层的质量产生不利影响。

在US 20060003500A1中公开了一种方法，其中首先在现有硅表面上自限性地沉积氧的一个原子层以形成晶体二氧化硅的一个分子层。然后，可以在二氧化硅上外延地形成覆盖硅层。

发明内容

提供发明内容是为了以简要形式介绍在下面的具体实施方案中进一步描述的一些概念选择。该发明内容不旨在确定所要求保护的主题的关键特征或基本特征，也不旨在用于限制所要求保护的主题的范围。

一方面，公开了一种用于形成半导体结构的方法，所述半导体结构包括用晶体硅氧化物SiO_x作为绝缘材料的绝缘体上硅层结构。所述方法包括：在真空室中提供具有充分清洁的沉积表面的晶体硅衬底；将所述硅衬底加热至550至1200℃范围内的氧化温度T_o；向所述真空室供给氧剂量Do在0.1至1000朗格缪尔(L)范围内的分子氧O₂，同时保持所述硅衬底处于所述氧化温度，其中所述真空室中的氧化压力P_o在1·10^-8至1·10^-4毫巴的范围内；其中供给至所述真空室中的至少一部分氧气被吸附至所述沉积表面并扩散到所述硅衬底中，且在所述硅衬底中，在晶体硅基层和晶体硅顶层之间形成厚度为至少两个分子层的晶体硅氧化物层。在一些实施方案中，所述氧化温度可以在550至1000℃的范围内，或者在550至850℃的范围内。

另一方面，公开了一种半导体结构，所述半导体结构包括用晶体硅氧化物SiO_x作为绝缘材料的绝缘体上硅层结构。所述半导体结构包括：晶体硅基层；所述基层上的晶体硅氧化物层，其具有至少两个分子层的厚度；和所述晶体硅氧化物层上的晶体硅顶层，所述晶体硅氧化物层可以通过上述方法形成。所述半导体结构可以通过上述方法形成。

通过参考以下结合附图考虑的详细描述，可以更好地理解伴随的许多特征，从而更容易理解这些特征。

附图说明

从根据附图阅读的以下详细描述中可以更好地理解本说明书，其中：

图1、3和5示出了用于制造包括绝缘体上硅(SOI)层结构的半导体结构的方法的流程图；

图2和6示意性地说明了包括SOI层结构的半导体结构；

图4示出了包括SOI层结构的半导体结构的样品的扫描隧道显微镜图像；和

图7示意性地示出了包括SOI层结构的半导体结构的能带结构。