[发明专利]具有通过对超晶格退火形成的包埋绝缘层的半导体器件的制造方法

说明书

一种用于制造半导体器件的方法，可包括在半导体衬底上形成超晶格，所述超晶格包括各自的多个堆叠的层组。每个层组可包括多个堆叠的基础半导体单层，其限定出基础半导体部分，以及约束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。另外，来自相对的基础半导体部分的至少一些半导体原子可通过其间的至少一个非半导体单层化学健合在一起。该方法可以进一步包括在超晶格上外延形成半导体层，和对所述超晶格退火以便形成包埋绝缘层，在所述包埋绝缘层中至少一些半导体原子不再通过其间的至少一个非半导体单层化学键合在一起。

技术领域

本公开总体上涉及半导体器件，且更具体地，涉及半导体器件的增强材料和制造技术。

背景技术

已经有人提出了增强半导体器件性能的结构和技术，例如通过增强电荷载流子的迁移率。例如，Currie等人的美国专利申请第2003/0057416号公开了硅、硅-锗和松弛硅的应变材料层，其还包括原本会导致性能下降的无杂质区域。上部硅层中所产生的双轴应变改变载流子迁移率，从而实现更高速和/或更低功率的器件。Fitzgerald等人的公布美国专利申请第2003/0034529号公开了一种也基于类似应变硅技术的CMOS反相器。

Takagi的美国专利US 6,472,685 B2公开了一种半导体器件，其包括夹在硅层之间的硅和碳层，使得第二硅层的导带和价带承受拉伸应变。具有较小有效质量并且已由施加到栅电极的电场所感应的电子被限制在第二硅层中，因此，断言n沟道MOSFET具有较高的迁移率。

Ishibashi等人的美国专利US 4,937,204公开了一种超晶格，其中交替且外延地生长多个层，所述多个层少于八个单层且包含部分或二元或二元化合物半导体层。主要电流方向垂直于超晶格的层。

Wang等人的美国专利US 5,357,119公开了Si-Ge短周期超晶格，其具有通过减少超晶格中的合金散射而实现的较高迁移率。沿着这些路线，Candelaria的美国专利US 5,683,934公开了一种迁移率增强的MOSFET，其包括沟道层，该沟道层包含硅和第二材料的合金，该第二材料以使沟道层处于拉应力下的百分比替位存在于硅晶格中。

Tsu的美国专利US 5,216,262公开了一种量子阱结构，其包含两个阻挡区和夹在阻挡区之间的外延生长半导体薄层。每个阻挡区由厚度通常为2到6个单层的SiO₂/Si交替层组成。阻挡区之间夹有厚得多的硅部分。

作者同为Tsu并且由Applied Physics and Materials ScienceProcessing于2000年9月6日在线公布的题为“Phenomena in silicon nanostructure devices”的文章(第391-402页)公开了硅和氧的半导体原子超晶格(SAS)。该Si/O超晶格据公开对硅量子器件和发光器件有用。特别地，构建并测试了绿色电致发光二极管结构。该二极管结构中的电流是竖向的，即垂直于SAS的层。所公开的SAS可以包括被吸附物质(如氧原子和CO分子)隔开的半导体层。超出所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。一种SAS结构包括1.1nm厚的硅部分，其为约八个硅原子层，而另一种结构两倍于该硅厚度。在Physical Review Letters，Vol.89,No.7(2002年8月12日)公布的Luo等人的题为“Chemical Design of Direct-Gap Light-Emitting Silicon”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。

Wang、Tsu和Lofgren的公布国际申请WO 02/103,767 A1公开了薄的硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢的阻挡构造块，从而将竖向流过晶格的电流降低超过四个数量级。该绝缘层/阻挡层允许邻接于绝缘层沉积低缺陷外延硅。