專利名稱：絕緣體上半導(dǎo)體裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及集成電路，更具體地，涉及絕緣體上的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
晶體管和其他器件連接在一起形成電路，諸如大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路、存儲(chǔ)器和其他類型電路。隨著晶體管尺寸的減小和器件緊密程度的增加，會(huì)出現(xiàn)有關(guān)寄生電容、斷態(tài)漏電流(off state leakage)、功耗以及器件的其他特性方面的問(wèn)題。在克服這些問(wèn)題的嘗試中已經(jīng)提出了絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。然而，因?yàn)樵谥圃熘须y以生產(chǎn)出薄而均勻的半導(dǎo)體層，所以SOI結(jié)構(gòu)的缺陷率很高。SOI結(jié)構(gòu)中的缺陷的問(wèn)題包括單個(gè)晶片內(nèi)的缺陷(例如，在晶片上的各點(diǎn)處晶片厚度不同)和從晶片到晶片的缺陷(例如，若干SOI晶片中不一致的平均Si層厚度)。
半導(dǎo)體器件包括若干獨(dú)立的p-型和n-型區(qū)域。在每一個(gè)區(qū)域中，電流通過(guò)第一導(dǎo)電類型的多數(shù)載流子傳導(dǎo)。同一區(qū)域中的少數(shù)載流子，帶有與第一導(dǎo)電類型相反的導(dǎo)電類型的電荷，具有遠(yuǎn)低于多數(shù)載流子濃度的熱平衡濃度。在p-型區(qū)域中，空穴是多數(shù)載流子。在n-型區(qū)域中，電子是多數(shù)載流子。當(dāng)p-型區(qū)域與n-型區(qū)域相接形成pn結(jié)時(shí)，形成具有內(nèi)建勢(shì)壘(potential barrier)的耗盡區(qū)，勢(shì)壘阻止各側(cè)的多數(shù)載流子穿過(guò)pn結(jié)。隨著向p和n區(qū)域的兩端施加反向偏壓，勢(shì)壘進(jìn)一步升高，以阻止多數(shù)載流子的電流。因?yàn)樗鼈儙У碾姾傻膶?dǎo)電類型與第一導(dǎo)電類型相反，所以pn結(jié)各側(cè)的少數(shù)載流子能夠自由地通過(guò)結(jié)，構(gòu)成反向漏電流。反向漏電流在窄帶隙(band gap)的半導(dǎo)體中更明顯，因?yàn)閷?duì)于相同的多數(shù)載流子濃度，窄帶隙的半導(dǎo)體具有更高的少數(shù)載流子濃度，因而具有更大的反向漏電流。在源/襯底區(qū)和漏/襯底區(qū)之間(例如，水平定向的)以及在源/溝道、漏/溝道區(qū)之間(例如，垂直定向的)存在pn結(jié)。通過(guò)使用SOI結(jié)構(gòu)，不存在源/襯底或漏/襯底區(qū)并消除了穿過(guò)水平pn結(jié)的反向漏電流。然而，由于穿過(guò)垂直結(jié)的少數(shù)載流子，源極至溝道和漏極至溝道的漏電流依然存在，并且半導(dǎo)體的帶隙越窄(例如，在某些實(shí)施例中，低于1.1eV的半導(dǎo)體)，這種溝道漏電流問(wèn)題越嚴(yán)重。
如上所述，隨著器件變得越來(lái)越小，溝道長(zhǎng)度一般也被減小。溝道長(zhǎng)度的減小一般導(dǎo)致器件速度增加，因?yàn)闁艠O延遲通常減小了。然而，隨著溝道長(zhǎng)度減小，也會(huì)引起許多負(fù)面效應(yīng)。這些負(fù)面效應(yīng)其中包括由于閾值電壓下跌(例如，短溝道效應(yīng))而增大的斷態(tài)漏電流。
另一種增大器件速度的方式是使用更高載流子遷移率的半導(dǎo)體材料來(lái)形成溝道。載流子遷移率一般是在外部單位電場(chǎng)下電荷載流子在半導(dǎo)體中的流動(dòng)速度的量度。在晶體管器件中，載流子遷移率是量度載流子(例如，電子和空穴)通過(guò)或穿過(guò)逆轉(zhuǎn)層中的器件溝道的流動(dòng)速度。例如，在包括鍺(Ge)的窄帶隙的材料中發(fā)現(xiàn)更高的載流子遷移率。鍺(Ge)的體積電子遷移率和體積空穴遷移率分別為3900cm2/Vsec和1900cm2/Vsec，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于硅(Si)的體積電子遷移率1500cm2/Vsec和體積空穴遷移率450cm2/Vsec。
半導(dǎo)體材料的帶隙一般是基于導(dǎo)帶(conduction band)邊緣和價(jià)帶(valence band)邊緣之間的差。一般來(lái)說(shuō)，遷移率更高的半導(dǎo)體具有更窄的帶隙。在鍺中，帶隙約為0.67eV，對(duì)比硅約1.1eV的帶隙相對(duì)要小。


通過(guò)附圖中的例子，說(shuō)明了所要求保護(hù)的主題，但并不限于此，其中類似的標(biāo)記表示相同的單元，其中圖1是其上形成有絕緣體層的半導(dǎo)體襯底的實(shí)施例的橫截面圖。
圖2是圖1中的結(jié)構(gòu)其上形成有半導(dǎo)體層的實(shí)施例的橫截面圖。
圖3是圖2中的結(jié)構(gòu)其上形成有柵極的實(shí)施例的橫截面圖。
圖4是晶種半導(dǎo)體襯底中引入摻雜劑的實(shí)施例的橫截面圖。
圖5是圖1中的結(jié)構(gòu)其上結(jié)合有晶種半導(dǎo)體襯底的實(shí)施例的橫截面圖。
圖6是圖5中的結(jié)構(gòu)被去除晶種半導(dǎo)體層的部分，留下被結(jié)合在絕緣體層上的半導(dǎo)體層的實(shí)施例的橫截面圖。
圖7是形成裝置的方法的實(shí)施例的流程圖。
圖8是形成裝置的方法的實(shí)施例的流程圖。
圖9是提取少數(shù)載流子的方法的實(shí)施例的流程圖。
具體實(shí)施例方式
在此描述了SOI裝置及其制造方法。參照具體構(gòu)造描述了示例性實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)可以進(jìn)行各種變化和改進(jìn)。此外，為了避免混淆所要求的主題，許多公知的元件、器件、組件、電路、工藝步驟等都沒(méi)有詳細(xì)闡述。
圖1是半導(dǎo)體襯底110的實(shí)施例的橫截面圖。絕緣體層210形成在半導(dǎo)體襯底110上。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)外延生長(zhǎng)工藝，諸如分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、原子層沉積/生長(zhǎng)或本領(lǐng)域?qū)嵤┻^(guò)的其他方法，可以在半導(dǎo)體襯底110上形成絕緣體層210。外延生長(zhǎng)允許層的單元漸進(jìn)式生長(zhǎng)，由此提供了使層生長(zhǎng)至一特定厚度的高度精確性。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底110可以作為生長(zhǎng)諸如絕緣體層的其他層的基底層。
在實(shí)施例中，絕緣體層210包括與在半導(dǎo)體襯底110中所見(jiàn)到的材料晶格匹配的材料。晶格指原子在晶體的三維空間周期性陣列中的排列。如果兩種不同材料的兩個(gè)晶體平面的面內(nèi)原子距離彼此基本上接近，則所述材料可以認(rèn)為晶格匹配。例如，(200)平面上的鍺(Ge)的面內(nèi)原子距離為4.0埃，(100)平面上的鈦酸鋇(BaTiO3)的原子距離也為4.0埃。像這樣，(200)平面上的鍺(Ge)可以認(rèn)為是與(100)平面上的鈦酸鋇(BaTiO3)晶格匹配的。如上所述的材料是晶格匹配材料的代表性實(shí)例，并不是限制在此公開(kāi)的有關(guān)材料選擇的主題范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，其他材料可以被認(rèn)為是晶格匹配的，并且也落在此處公開(kāi)的主題范圍內(nèi)。例如，鈦酸鍶(SrTiO3)和硅(Si)可以作為晶格匹配材料。
在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣體層210可以是晶態(tài)電介質(zhì)，可以具有高的介電常數(shù)(例如，高K值)，例如在一個(gè)實(shí)施例中介電常數(shù)在諸如7.5的量級(jí)上，或更大。此外，可以選擇絕緣體層210的特性，以及作為一個(gè)整體的器件的特性，以使能帶邊緣與半導(dǎo)體110的能帶邊緣相匹配。例如，如下面討論的，絕緣體層210的特性可以起到促進(jìn)少數(shù)載流子的提取(extraction)的作用。絕緣體層210也可作為用于在其上生長(zhǎng)半導(dǎo)體層的基底層。
在實(shí)施例中，合適的高k值電介質(zhì)將具有足夠大的帶隙，以作為柵極和襯底溝道區(qū)之間的絕緣體，并且為了在更厚的柵級(jí)氧化物物理厚度處提供等價(jià)柵級(jí)氧化物電容，將具有更高的介電常數(shù)(例如，大于7.5)。為了避免通過(guò)超薄柵級(jí)氧化物的電子量子力學(xué)隧穿，并減少柵級(jí)氧化物缺陷，要求更厚的物理厚度(例如，在實(shí)施例中，大于10埃)。
圖2是圖1中的結(jié)構(gòu)其上形成有半導(dǎo)體層310的實(shí)施例的橫截面圖。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層310的至少一部分與絕緣體層210的至少一部分晶格匹配。例如，絕緣體層210可以包括具有(100)平面的鈦酸鋇(BaTiO3)，半導(dǎo)體層310可以包括具有(200)平面的鍺(Ge)，因?yàn)檫@兩種材料是晶格匹配的。在實(shí)施例中，絕緣體層210作為基底層，并允許通過(guò)外延生長(zhǎng)出具有相對(duì)較薄、具有良好均一性、為單晶層并且具有更低程度的缺陷或者零缺陷的特點(diǎn)的層，以形成半導(dǎo)體層310。
半導(dǎo)體層310可以由各種材料制成。代表性地，用于形成半導(dǎo)體層310的材料和用于形成絕緣體層210的材料是晶格匹配的。通過(guò)各種方法，包括原子層外延、分子束外延、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積、原子層化學(xué)沉積或其他方法，半導(dǎo)體層310可以在絕緣體層210上外延生長(zhǎng)。使用這些方法，可以均勻地形成半導(dǎo)體層310。此外，半導(dǎo)體層310的厚度可以被控制。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體層310的厚度可以控制在約10-3000埃的范圍內(nèi)。更具體地，在實(shí)施例中，半導(dǎo)體層310可以形成10-30埃的量級(jí)內(nèi)或者更小的厚度。如果不使用這些生長(zhǎng)方法，半導(dǎo)體層310根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)方法結(jié)合到半導(dǎo)體襯底110上，則難以形成厚度小于2000埃的均勻的半導(dǎo)體層310。而且，難以控制半導(dǎo)體層310的厚度，并且半導(dǎo)體層310的厚度將不均一。此外，對(duì)于某些材料，難以獲得某些尺寸的晶片，因此，難以獲得適于結(jié)合到絕緣體層上的尺寸的晶片(晶種襯底)。
通過(guò)在絕緣體層210上生長(zhǎng)相對(duì)薄的半導(dǎo)體層310，就不必對(duì)半導(dǎo)體層310進(jìn)行薄化(thin down)、拋光或回蝕。如果實(shí)施薄化，一般難以將半導(dǎo)體層的厚度控制到一滿意的程度。此外，不得不通過(guò)傳統(tǒng)的技術(shù)(例如，拋光、刻蝕)薄化器件層可能會(huì)給所制造的器件帶來(lái)缺陷，例如在單個(gè)器件上的單個(gè)晶片內(nèi)的層厚度不均勻，或在若干獨(dú)立的器件中從晶片到晶片的層厚度不均勻。
在實(shí)施例中，半導(dǎo)體層310可以經(jīng)過(guò)諸如拋光、清洗、漂洗(rinse)和/或退火的工藝。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，如果要實(shí)施的話，可以以各種不同的方法和順序?qū)嵤伖?、清洗、漂洗?或退火，其中可以包括所有的這些工藝，也可以省略這些工藝中的某些，還可以包括本領(lǐng)域?qū)嵤┑钠渌に嚒４送?，在?shí)施例中，半導(dǎo)體層310可以作為用來(lái)進(jìn)一步生長(zhǎng)層的基底層。
如上所述，在實(shí)施例中，半導(dǎo)體層310包括與在絕緣體層210中所見(jiàn)到的不同的材料晶格匹配的材料。在一個(gè)實(shí)施例中，在半導(dǎo)體層310中所見(jiàn)到的晶格匹配材料也可以在半導(dǎo)體襯底110中見(jiàn)到。然而，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底110、絕緣體層210和半導(dǎo)體層310可以各自包括不同類型的晶格匹配材料。此外，在一個(gè)實(shí)施例中，雖然半導(dǎo)體層310的至少一部分和絕緣體層210的至少一部分是晶格匹配的，但半導(dǎo)體襯底110和絕緣體層210可以是也可以不是晶格匹配的。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，如上所述的原理可用來(lái)形成具有多個(gè)半導(dǎo)體層的裝置。例如，在半導(dǎo)體層310的頂部，可以形成第二絕緣體層，而在所述第二絕緣體層的頂部可以形成另一個(gè)導(dǎo)體層。像這樣，可以利用這里公開(kāi)的方法來(lái)形成具有任意數(shù)目的相對(duì)薄的、相對(duì)均勻的半導(dǎo)體層的裝置。
可以在半導(dǎo)體層310上形成器件。圖3是圖2中的結(jié)構(gòu)其上形成有柵極410的實(shí)施例的橫截面圖。通過(guò)柵極電介質(zhì)440，柵極410與半導(dǎo)體層310的表面分隔開(kāi)。柵極終端415與柵極410相連。半導(dǎo)體晶種層310包括阱活性區(qū)(well active region)320、源區(qū)330和漏區(qū)360。源區(qū)終端335與源區(qū)330相連。漏區(qū)終端365與漏區(qū)360相連。代表性地，溝道區(qū)380從源區(qū)330延伸到漏區(qū)360。半導(dǎo)體襯底終端115與半導(dǎo)體襯底110相連。
用于形成實(shí)施例的各層的材料可以根據(jù)導(dǎo)帶和/或價(jià)帶特性來(lái)選定。在實(shí)施例中，(在n型半導(dǎo)體襯底110上制造在絕緣體210上的層310內(nèi)形成的pMOS晶體管)，如果半導(dǎo)體層310、絕緣體層210和半導(dǎo)體襯底110具有基本對(duì)齊的導(dǎo)帶，而在絕緣體層210和半導(dǎo)體層310之間、或者絕緣體層210和半導(dǎo)體襯底110之間存在較大的價(jià)帶位壘。通過(guò)對(duì)襯底接點(diǎn)(contact)115施加正偏壓，源接點(diǎn)335接地，阱區(qū)320中的少數(shù)載流子(在這個(gè)例子中是空穴)可以通過(guò)源區(qū)終端335被提取出。等量電子能夠流過(guò)襯底接點(diǎn)115，因?yàn)榇┻^(guò)半導(dǎo)體310/絕緣體210和絕緣體210/半導(dǎo)體110界面的導(dǎo)帶邊緣是基本對(duì)齊的。同時(shí)，由于界面處的較大的價(jià)帶位壘，襯底110中的少數(shù)載流子不能流進(jìn)半導(dǎo)體310的阱區(qū)。通過(guò)提取少數(shù)載流子，結(jié)的漏電流將會(huì)減少。例如，在實(shí)施例中，通過(guò)在包括鍺(Ge)的半導(dǎo)體襯底110上形成包括鈦酸鋇(BaTiO3)的絕緣體層210，能夠建立用于提取少數(shù)載流子的機(jī)制。在這個(gè)例子中，鈦酸鋇(BaTiO3)的導(dǎo)帶邊緣的電子親和能為4.15eV，鍺(Ge)的導(dǎo)帶邊緣的電子親和能為4.18eV。而B(niǎo)aTiO3和Ge的價(jià)帶邊緣分別位于7.46eV和4.5eV。這些材料的導(dǎo)帶邊緣可以認(rèn)為是基本對(duì)齊的，并且存在穿過(guò)絕緣體層210的非常低的導(dǎo)帶位壘，然而，與此同時(shí)價(jià)帶位壘要高得多(例如，假定各值分別為7.46eV和4.5eV，則大約相差3eV)。當(dāng)器件被適當(dāng)?shù)丶悠珘簳r(shí)，BaTiO3和Ge之間的這種特定的能帶邊緣對(duì)齊允許提取半導(dǎo)體晶種層310中的Ge阱區(qū)的少數(shù)載流子。該實(shí)例提供了具有基本對(duì)齊的導(dǎo)帶邊緣的材料的一種代表性的選擇，不應(yīng)該認(rèn)為是對(duì)哪種材料可以認(rèn)為是基本對(duì)齊的，或哪一范圍的導(dǎo)帶邊緣值可以認(rèn)為是基本對(duì)齊的限制。在價(jià)帶是基本對(duì)齊的，并且在存在穿過(guò)半導(dǎo)體晶種層310和絕緣體層210的較大的導(dǎo)帶位壘的情況下，也可以應(yīng)用少數(shù)載流子的提取。
如上討論的，如果半導(dǎo)體晶種層310和絕緣體層210包括具有基本對(duì)齊的導(dǎo)帶邊緣的材料，則少數(shù)載流子可以通過(guò)源區(qū)終端335被提取出。這種情況下，少數(shù)載流子是空穴還是電子將取決于器件的類型。通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體襯底終端115和源區(qū)終端335施加各種電壓偏壓和/或接地，可以改變偏壓。在實(shí)施例中，如上討論的，導(dǎo)帶和/或價(jià)帶特性可以促進(jìn)少數(shù)載流子的提取。
此外，在實(shí)施例中，襯底110和絕緣體層210之間，或絕緣體210和半導(dǎo)體層310之間建立較大的價(jià)位壘(valence barrier)高度。該位壘減少或阻止少數(shù)載流子通過(guò)絕緣體層210從半導(dǎo)體襯底110流進(jìn)阱活性區(qū)320。其中襯底110包括鍺(Ge)，且絕緣體層210包括鈦酸鋇(BaTiO3)的實(shí)施例中說(shuō)明了此位壘。鈦酸鋇(BaTiO3)的價(jià)帶邊緣值是7.46eV，鍺的價(jià)帶邊緣值是4.5eV。這種價(jià)帶邊緣值的差異可能導(dǎo)致較大的空穴位壘高度，這樣阻止了襯底110中的少數(shù)載流子通過(guò)絕緣體層210流進(jìn)半導(dǎo)體層310，其中在這種情況下，舉例來(lái)說(shuō)，少數(shù)載流子是空穴。因此，由于相應(yīng)的導(dǎo)帶和價(jià)帶邊緣位置，具有第一類型電荷的載流子可以在一個(gè)方向上流動(dòng)，而阻止了相反電荷的載流子在相反方向上流動(dòng)。
在實(shí)施例中，絕緣體層210也可以作為結(jié)合半導(dǎo)體晶種襯底312的結(jié)合界面。在一個(gè)實(shí)施例中，摻雜劑在結(jié)合前被引入半導(dǎo)體晶種襯底312中。圖4示出了引入半導(dǎo)體晶種層312中的摻雜劑317。通過(guò)諸如離子注入、擴(kuò)散或其他方法的各種方法，可以引入摻雜劑317。在一個(gè)實(shí)施例中，采用使用諸如氫(H)或氧(O)的這樣種類的離子注入。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，也可以使用其他的注入種類。同樣，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，本領(lǐng)域?qū)嵤┑囊霌诫s劑的其他方法也是有效的，也落在這里公開(kāi)的主題范圍內(nèi)。
圖5是結(jié)合在載流子襯底110的半導(dǎo)體晶種襯底312的被注入側(cè)的實(shí)施例的橫截面圖。通過(guò)各種工藝，例如在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)界面上的親水鍵的直接結(jié)合，可以結(jié)合半導(dǎo)體晶種襯底312。在該實(shí)施例中，要求諸如氧化物層這樣的親水表面在半導(dǎo)體晶種襯底312或載流子襯底結(jié)合表面中的至少一個(gè)表面上。在該實(shí)施例中，在載流子襯底上，包括外延生長(zhǎng)的高介電常數(shù)的絕緣體的沉積氧化物層210作為晶片結(jié)合的親水表面。
圖6是圖5中的結(jié)構(gòu)在半導(dǎo)體晶種襯底312的一部分被去除以形成保持與絕緣體層210結(jié)合的半導(dǎo)體層310后的實(shí)施例的橫截面圖。通過(guò)各種工藝，例如在一個(gè)實(shí)施例中的熱裂解，可以去除半導(dǎo)體晶種襯底312的一部分。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，諸如回蝕的其他工藝也可用來(lái)去除半導(dǎo)體晶種層312中的一部分。采用的工藝類型取決于所使用的注入類型。例如，對(duì)于氫(H)注入，經(jīng)常使用的是熱裂解。對(duì)于氧(O)注入，經(jīng)常使用的是回蝕。
在實(shí)施例中，去除半導(dǎo)體晶種襯底312的一部分后，為形成半導(dǎo)體層310，半導(dǎo)體晶種襯底312的余下部分的表面還可以經(jīng)過(guò)諸如拋光、清洗、漂洗和/或退火的工藝。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，如果要實(shí)施的話，拋光、清洗、漂洗和/或退火可以以各種不同的方法和順序來(lái)實(shí)施，其中可以包括所有的這些工藝，也可以省略某些工藝，還可以包括本領(lǐng)域?qū)嵤┑钠渌に嚒?br> 在實(shí)施例中，對(duì)于PMOS結(jié)構(gòu)，當(dāng)在圖6中圖示的實(shí)施例的頂部上(如所觀察的)形成器件時(shí)，此實(shí)施例類似于圖3中圖示的實(shí)施例。即，在一個(gè)實(shí)施例中，形成穿過(guò)絕緣體層210、半導(dǎo)體層310和半導(dǎo)體襯底110之間的界面的匹配的導(dǎo)帶，其中少數(shù)載流子可以從阱活性區(qū)320通過(guò)源接點(diǎn)335被提取出。對(duì)于NMOS結(jié)構(gòu)，形成匹配的價(jià)帶，并且便于阱區(qū)的少數(shù)載流子(在這種NMOS的情況下是電子)的提取。在該實(shí)施例中，對(duì)于NMOS結(jié)構(gòu)，形成穿過(guò)絕緣體層210和襯底110的高導(dǎo)帶位壘，減少或阻止少數(shù)載流子(電子)從半導(dǎo)體襯底110通過(guò)絕緣體層210流進(jìn)阱活性區(qū)320。
圖7是表示形成裝置的方法的實(shí)施例的流程圖。在工藝方框500中，在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣體層。半導(dǎo)體襯底包括與絕緣體層的一部分晶格匹配的部分。在工藝方框520中，在絕緣體層上形成半導(dǎo)體層。在實(shí)施例中，半導(dǎo)體層包括與絕緣體層的一部分晶格匹配的部分。
圖8是表示形成裝置的方法的實(shí)施例的流程圖。在工藝方框600中，在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣體層。半導(dǎo)體載流子襯底包括與絕緣體層的一部分晶格匹配的部分。在工藝方框620中，半導(dǎo)體晶種襯底被摻雜。在實(shí)施例中，在工藝方框640中，被摻雜的半導(dǎo)體晶種襯底被結(jié)合到絕緣體層。在實(shí)施例中，在工藝方框660中，半導(dǎo)體晶種襯底的一部分被去除。工藝方框670、680和690分別涉及對(duì)保留在絕緣體層上的晶種半導(dǎo)體襯底的部分進(jìn)行拋光、清洗和退火，這些也可以在一個(gè)實(shí)施例中實(shí)施。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將了解，如果要實(shí)施的話，拋光、清洗、漂洗和/或退火可以以各種不同的方法和順序?qū)嵤?，其中可以包括所有的這些工藝，也可以省略某些工藝，還可以包括本領(lǐng)域?qū)嵤┑钠渌に嚒?br> 圖9是表示在具有高少數(shù)載流子濃度的高遷移率的半導(dǎo)體中減少pn結(jié)漏電流的方法實(shí)施例的流程圖。在該方法中，在工藝方框700中，少數(shù)載流子從阱活性區(qū)通過(guò)源區(qū)終端被提取出。此外，在實(shí)施例中，在工藝方框720中，具有相同導(dǎo)電類型的載流子被阻止從半導(dǎo)體襯底通過(guò)絕緣體層進(jìn)入阱活性區(qū)。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括包括第一材料的半導(dǎo)體襯底；和在所述半導(dǎo)體襯底上形成的絕緣體層，其中所述絕緣體層包括第二材料，所述第二材料與所述第一材料是晶格匹配的。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第一材料和所述第二材料構(gòu)成第一材料/第二材料對(duì)，所述第一材料/第二材料對(duì)選自由硅(Si)/鈦酸鍶(SrTiO3)和鍺(Ge)/鈦酸鋇(BaTiO3)組成的組。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其中在所述絕緣體層上形成半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料二者的其中一種。
4.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述第二材料以及所述第一材料和第三材料的其中一種材料構(gòu)成選自由鈦酸鍶(SrTiO3)/硅(Si)和鈦酸鋇(BaTiO3)/鍺(Ge)組成的組中的一對(duì)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，還包括在所述絕緣體層上形成的多個(gè)半導(dǎo)體層，其中在各個(gè)半導(dǎo)體層之間形成中間絕緣體層，并且其中所述中間絕緣體層中的至少一層與跟該至少一層中間絕緣體層相鄰接的半導(dǎo)體層中的至少一層是晶格匹配的。
6.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中在所述半導(dǎo)體層上形成至少一個(gè)器件。
7.如權(quán)利要求3所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體層結(jié)合到所述絕緣體層上。
8.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體層的一部分被去除，以減小所述半導(dǎo)體層的厚度。
9.如權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體層被摻雜。
10.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣體層，所述半導(dǎo)體襯底包括第一材料，其中所述絕緣體層包括與所述第一材料晶格匹配的第二材料。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述第一材料和所述第二材料構(gòu)成第一材料/第二材料對(duì)，其中所述第一材料/第二材料對(duì)選自由硅(Si)/鈦酸鍶(SrTiO3)和鍺(Ge)/鈦酸鋇(BaTiO3)組成的組。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括在所述絕緣體層上形成半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料二者的其中一種。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其中其中所述第二材料以及所述第一材料和第三材料的其中一種材料構(gòu)成選自由鈦酸鍶(SrTiO3)/硅(Si)和鈦酸鋇(BaTiO3)/鍺(Ge)組成的組中的一對(duì)。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，還包括在所述絕緣體層上形成多個(gè)半導(dǎo)體層，其中在各個(gè)半導(dǎo)體層之間形成中間絕緣體層，其中所述中間絕緣體層中的至少一層與跟該至少一層絕緣體層相鄰接的半導(dǎo)體層中的至少一層是晶格匹配的。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，還包括將被摻雜的半導(dǎo)體層結(jié)合至所述絕緣體層。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，還包括去除所述半導(dǎo)體層的一部分；退火所述半導(dǎo)體層；拋光所述半導(dǎo)體層；和清洗所述半導(dǎo)體層。
17.一種裝置，包括包括第一材料的半導(dǎo)體襯底；在所述襯底上形成的絕緣體層，所述絕緣體層包括具有導(dǎo)帶和價(jià)帶的第二材料，其中所述第二材料與所述第一材料是晶格匹配的；在所述絕緣體層上形成的半導(dǎo)體層，所述半導(dǎo)體層包括所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料二者的其中一種，所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料的其中一種具有導(dǎo)帶和價(jià)帶；其中所述第二材料的所述導(dǎo)帶和價(jià)帶的其中之一與所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料的其中一種的同一能帶是基本對(duì)齊的。
18.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述第一材料具有導(dǎo)帶和價(jià)帶，所述第一材料的所述導(dǎo)帶和所述價(jià)帶的其中之一與所述第二材料的同一能帶是基本對(duì)齊的。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，其中所述第一材料的所述導(dǎo)帶和價(jià)帶中的另一個(gè)與所述第二材料的同一能帶不是基本對(duì)齊的。
20.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述第一材料是鍺(Ge)，所述第二材料是鈦酸鋇(BaTiO3)。
21.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述第二材料是鈦酸鋇(BaTiO3)，所述第一材料和第三材料的其中一種是鍺(Ge)。
22.如權(quán)利要求17所述的裝置，還包括在所述絕緣體層上形成的多個(gè)半導(dǎo)體層，其中在各個(gè)半導(dǎo)體層之間形成中間絕緣體層，以及其中所述中間絕緣體層中的至少一層與跟該至少一層中間絕緣體層相鄰接的半導(dǎo)體層中的至少一層是晶格匹配的。
23.如權(quán)利要求17所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體層被結(jié)合到所述絕緣體層。
24.如權(quán)利要求23所述的裝置，其中所述半導(dǎo)體層的一部分被去除，以減小所述半導(dǎo)體層的厚度。
25.如權(quán)利要求17所述的裝置，還包括在所述半導(dǎo)體層上形成的第二絕緣體層；和在所述第二絕緣體層上形成的柵極，所述柵極包括接點(diǎn)，其中所述半導(dǎo)體襯底被摻雜并包括接點(diǎn)，其中所述被摻雜的半導(dǎo)體襯底是第一導(dǎo)電類型的，其中所述半導(dǎo)體層被摻雜并包括第二導(dǎo)電類型的源區(qū)、第二導(dǎo)電類型的漏區(qū)和第一導(dǎo)電類型的阱活性區(qū)，所述源區(qū)包括接點(diǎn)且所述漏區(qū)包括接點(diǎn)，其中在所述源區(qū)和所述漏區(qū)之間的所述阱活性區(qū)的一部分定義了從所述源區(qū)延伸至所述漏區(qū)的溝道區(qū)，其中所述被摻雜的襯底被加以偏壓，以使在器件運(yùn)行期間所述阱區(qū)中的少數(shù)載流子將通過(guò)所述源區(qū)流至所述源區(qū)的接點(diǎn)。
26.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中由于從所述半導(dǎo)體層的阱區(qū)中對(duì)所述少數(shù)載流子的提取，所述被摻雜的半導(dǎo)體襯底中少數(shù)載流子濃度水平大于所述半導(dǎo)體層中少數(shù)載流子濃度水平。
27.如權(quán)利要求25所述的裝置，其中所述絕緣體層具有一厚度，可以建立足夠的價(jià)位壘高度和導(dǎo)位壘高度二者的其中一種，使得其足以阻止所述襯底中的少數(shù)載流子通過(guò)所述絕緣體層流進(jìn)所述半導(dǎo)體層中的阱活性區(qū)。
28.一種方法，包括在半導(dǎo)體襯底上形成絕緣體層，其中所述半導(dǎo)體襯底包括第一材料，所述絕緣體層包括與所述第一材料晶格匹配的第二材料；在所述絕緣體層上形成半導(dǎo)體層，其中所述半導(dǎo)體層包括所述第一材料和與所述第二材料晶格匹配的第三材料二者的其中一種；以及從所述半導(dǎo)體層的阱活性區(qū)通過(guò)源極的接點(diǎn)提取少數(shù)載流子。
29.如權(quán)利要求28所述的方法，還包括基本阻止少數(shù)載流子從所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)入所述阱活性區(qū)。
30.如權(quán)利要求28所述的方法，其中在所述絕緣體層上形成半導(dǎo)體層包括將半導(dǎo)體層結(jié)合至所述絕緣層。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于生產(chǎn)相對(duì)薄的、相對(duì)均勻的具有提高的載流子遷移率的半導(dǎo)體層的方法和裝置。在實(shí)施例中，為了在絕緣體裝置上形成相對(duì)薄的、相對(duì)均勻的半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體襯底上形成晶格匹配的絕緣體層，并且在所述絕緣體層上形成晶格匹配的半導(dǎo)體層。在方法和裝置的實(shí)施例中，可利用能帶特性來(lái)方便阱區(qū)的少數(shù)載流子的提取。
文檔編號(hào)H01L21/762GK1679150SQ03800457
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月16日
發(fā)明者貝恩-葉?！ぜ? 禮薩·阿爾加瓦尼, 羅伯特·周 申請(qǐng)人:英特爾公司