[发明专利]使用具有不同非半导体热稳定性的超晶格制造半导体器件的方法

说明书

用于制造半导体器件的方法可以包括形成与半导体层相邻的第一超晶格和第二超晶格。第一超晶格和第二超晶格中的每个可以包括堆叠的层组，其中每个层组包括限定基础半导体部分的堆叠的基础半导体单层和被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。与第一超晶格相比，第二超晶格可以具有关于其中的非半导体原子的更大的热稳定性。方法还可以包括加热第一超晶格和第二超晶格以使来自第一超晶格的非半导体原子向第二超晶格的至少一个非半导体单层迁移。

技术领域

本公开一般地涉及半导体器件，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和相关联的方法。

背景技术

已提出了用于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迁移率。例如，Currie等人的美国专利申请No.2003/0057416公开了硅、硅-锗和弛豫硅的应变材料层，以及还包括在其他情况下将导致性能下降的无杂质区域。在上硅层中产生的双轴应变改变了载流子迁移率，从而使得更高速度和/或更低功率的器件成为可能。Fitzgerald等人的已公布美国专利申请No.2003/0034529公开了一种也基于类似的应变硅技术的CMOS反相器。

Takagi的美国专利No.6,472,685B2公开了一种半导体器件，该半导体器件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接收拉伸应变。具有更小有效质量并且已被施加到栅电极的电场感生的电子被限制在第二硅层中，因此，n沟道MOSFET被认为具有更高的迁移率。

Ishibashi等人的美国专利No.4,937,204公开了一种超晶格，在该超晶格中多个层交替地且外延地生长，该多个层少于八个单层且包含部分(fractional)或二元或二元化合物半导体层。主电流的方向垂直于超晶格的层。

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实现的具有更高迁移率的Si-Ge短周期超晶格。沿着这些路线，Candelaria的美国专利No.5,683,934公开了一种包括沟道层的增强的迁移率MOSFET，该沟道层包括硅合金和将沟道层置于拉伸应力下的以一定百分比替代性地存在于硅晶格中的第二材料。

Tsu的美国专利No.5,216,262公开了一种量子阱结构，该量子阱结构包括两个阻挡区域和夹在阻挡之间的薄外延生长半导体层。每个阻挡区域由交替的SiO2/Si层组成，其中厚度一般在2至6个单层的范围内。厚得多的硅部分夹在阻挡之间。

也是Tsu的且在2000年9月6日在线发表在《应用物理和材料科学及工艺(AppliedPhysics and Materials ScienceProcessing)》第391-402页的标题为“硅纳米结构器件中的现象(Phenomena in silicon nanostructure devices)”的文章公开了硅和氧的半导体-原子超晶格(SAS)。Si/O超晶格被公开为在硅量子和发光器件中是有用的。尤其是，构建并测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中的电流是垂直的，即垂直于SAS的层。所公开的SAS可以包括由诸如氧原子和CO分子之类的吸附物质分开的半导体层。超出吸附的氧单层的硅生长被描述为具有相当低的缺陷密度的外延。一个SAS结构包括1.1nm厚的硅部分和另一结构，该硅部分为大约八个硅原子层，该另一结构具有这个硅厚度的两倍。Luo等人发表在《物理评论快报(Physical Review Letters)》第89卷第7期(2002年8月12日)的标题为“直接带隙发光硅的化学设计(Chemical Design of Direct-Gap Light-EmittingSilicon)”的文章进一步讨论了Tsu的发光SAS结构。

Wang等人的美国专利No.7,105,895公开了薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢的阻挡构建块，从而将垂直地流过晶格的电流减少超过四个数量级。绝缘层/阻挡层允许低缺陷外延硅邻近绝缘层沉积。