圖案化的襯底上的外延膜生長(zhǎng)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】
【背景技術(shù)】
[0001]例如，通過(guò)開(kāi)發(fā)元素硅(Si)襯底上的高質(zhì)量II1-V族半導(dǎo)體或者Si襯底上的IV族半導(dǎo)體，可實(shí)現(xiàn)了各種電子器件和光電子器件。能夠?qū)崿F(xiàn)II1-V或IV族材料的性能優(yōu)點(diǎn)的表面層可以作為各種高性能電子器件的主體，各種高性能電子器件諸如為CMOS和量子阱(QW)晶體管，其由極高迀移率材料制造，極高迀移率材料諸如但不限于銻化銦(InSb)、砷化銦(InAs)Jf (Ge)和硅鍺(SiGe)。諸如激光器、檢測(cè)器和太陽(yáng)能電池的光學(xué)器件也可以由各種其它直接帶隙材料來(lái)制造，各種其它直接帶隙材料諸如但不限于砷化鎵(GaAs)和砷化銦鎵(InGaAs)。這些器件可以通過(guò)將它們與Si的傳統(tǒng)器件單片式集成來(lái)進(jìn)一步增強(qiáng)，因?yàn)槭褂肧i襯底具有成本減小的額外優(yōu)點(diǎn)。
[0002]然而，II1-V和IV族材料在Si襯底上的生長(zhǎng)提出了許多難題。在II1-V族半導(dǎo)體外延(EPI)層與Si半導(dǎo)體襯底或者IV族半導(dǎo)體EPI層與Si半導(dǎo)體襯底之間的晶格失配、極性貼非極性失配(polar-on-nonpolar mismatch)和熱失配生成了晶體缺陷。當(dāng)在EPI層與襯底之間的晶格失配超過(guò)幾個(gè)百分點(diǎn)時(shí)，由失配誘導(dǎo)的應(yīng)變就變得過(guò)大，并且由弛豫EPI膜而在EPI層中生成缺陷。一旦膜厚度大于臨界厚度(即，此厚度以下的膜充分應(yīng)變，此厚度以上的膜部分弛豫)，就通過(guò)在膜與襯底分界面以及在EPI膜中產(chǎn)生錯(cuò)配位錯(cuò)來(lái)使應(yīng)變弛豫。EPI晶體缺陷的形式可以以是穿透位錯(cuò)、堆垛層錯(cuò)和孿晶。許多缺陷，尤其是穿透位錯(cuò)和孿晶，趨向于傳播到制造半導(dǎo)體器件的“器件層”中。通常，缺陷生成的嚴(yán)重性與在II1-V族半導(dǎo)體與Si襯底或IV族半導(dǎo)體與Si襯底之間的晶格失配的量相關(guān)聯(lián)。
【附圖說(shuō)明】
[0003]依據(jù)所附權(quán)利要求書(shū)、以下的一個(gè)和多個(gè)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明及相應(yīng)的附圖，本發(fā)明的實(shí)施例的特征和優(yōu)點(diǎn)會(huì)變得顯而易見(jiàn)，在附圖中:
[0004]圖1 (a)_圖1 (b)描繪了實(shí)施例中的具有變窄側(cè)壁的溝槽。
[0005]圖2(a)-圖2(b)描繪了實(shí)施例中的具有EPI層和缺陷勢(shì)皇的溝槽。
[0006]圖3(a)-圖3(b)描繪了實(shí)施例中的包括退火EPI層的溝槽。
[0007]圖4(a)-圖4(b)描繪了實(shí)施例中的具有超晶格和EPI層的溝槽。
[0008]圖5包括實(shí)施例中的工藝。
[0009]圖6包括實(shí)施例中的工藝。
[0010]圖7包括實(shí)施例中的工藝。
[0011]圖8包括一個(gè)實(shí)施例中的工藝。
【具體實(shí)施方式】
[0012]在以下描述中，闡述了多個(gè)特定細(xì)節(jié)，但本發(fā)明的實(shí)施例可以在沒(méi)有這些特定細(xì)節(jié)的情況下得以實(shí)施。沒(méi)有詳細(xì)地示出了公知的電路、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以免模糊對(duì)本說(shuō)明書(shū)的理解?！皩?shí)施例”、“多個(gè)實(shí)施例”等指示如此說(shuō)明的實(shí)施例可以包括特定特征、結(jié)構(gòu)或特性，但并非每一個(gè)實(shí)施例都必須包括該特定特征、結(jié)構(gòu)或特性。一些實(shí)施例可以具有針對(duì)其它實(shí)施例所描述的特征中的一些、全部特征或者不具有這些特征?！暗谝弧?、“第二”、“第三”等描述共同的對(duì)象，并且指示提及了相似對(duì)象的不同實(shí)例。這種形容詞并非暗示如此描述的對(duì)象必須在時(shí)間、空間、排序上以給定的順序或以任何其它方式?！斑B接的”可以指示元件彼此直接物理或電接觸，以及“耦合的”可以指示元件彼此協(xié)作或相互作用，但它們可以或者可以不直接物理或電接觸。此外，盡管類(lèi)似或相同的編號(hào)可以用于在不同附圖中標(biāo)明相同或類(lèi)似的部分，但這樣做并非意指包括類(lèi)似或相同編號(hào)的所有附圖構(gòu)成單個(gè)或相同的實(shí)施例。
[0013]實(shí)施例包括將材料沉積到襯底上，其中，所述材料包括與襯底不同的晶格常數(shù)(例如，Si襯底上的II1-V或IV族EPI材料)。實(shí)施例包括在溝槽內(nèi)形成的EPI層，該溝槽具有隨著該溝槽向上延伸而變窄的壁。實(shí)施例包括使用多個(gè)生長(zhǎng)溫度在溝槽內(nèi)形成的EPI層。當(dāng)溫度改變時(shí)在EPI層中形成的缺陷勢(shì)皇將缺陷包含在溝槽內(nèi)和在缺陷勢(shì)皇下方的缺陷。在缺陷勢(shì)皇上方和溝槽內(nèi)的EPI層相對(duì)無(wú)缺陷。實(shí)施例包括在溝槽內(nèi)退火的EPI層，以便誘導(dǎo)缺陷消失。實(shí)施例包括在溝槽內(nèi)形成的并以相對(duì)無(wú)缺陷的EPI層覆蓋的EPI超晶格(其仍包括在溝槽中)。本文還描述了其它實(shí)施例。
[0014]用于EPI形成的傳統(tǒng)技術(shù)包括深寬比捕獲(aspect rat1 trapping) (ART) o ART基于穿透位錯(cuò)，其以特定角度向上傳播。在ART中，使得溝槽具有足夠高的深寬比，以使得缺陷在溝槽的側(cè)壁上終止，并且該終點(diǎn)上方的任何層都無(wú)缺陷的。具體而言，ART包括通過(guò)使得溝槽的高度(H)大于溝槽的寬度(W)以使得H/W比至少為1.50而俘獲沿著淺溝槽隔離(STI)部分的側(cè)壁的缺陷。此比率給出了對(duì)于ART將缺陷阻擋在緩沖層內(nèi)的最小限度。
[0015]圖1(a)-圖1(b)描繪了本發(fā)明的實(shí)施例中的具有變窄側(cè)壁的溝槽。圖5包括本發(fā)明的實(shí)施例中的工藝。首先討論圖1(a)和圖5，并且隨后討論圖1(b)。
[0016]在實(shí)施例中，具有頂部和底部的溝槽107包括在器件100的隔離部分101、102之間(框505)。溝槽107的側(cè)壁可以成形為隨著它們從襯底103遠(yuǎn)離而變窄(框510，以下進(jìn)一步描述)。這種隔離部可以包括STI部分，但其它實(shí)施例不局限于此。部分101、102包括在襯底103上，襯底103具有第一晶格常數(shù)。襯底103可以包含Si，諸如Si和/或SiGe襯底。一個(gè)實(shí)施例包括在Si襯底上的SiGe公共緩沖，但其它實(shí)施例不局限于此。溝槽107向下朝著襯底103延伸。溝槽107具有鄰近溝槽的底部的下寬度110和在下寬度上方的上寬度，并且上寬度窄于下寬度。上寬度可以沿水平軸120，水平軸120位于溝槽107的最窄部分。由在寬度110與偏差113、114之間的差別來(lái)確定上寬度。偏差113是在溝槽107側(cè)壁與軸121之間的距離，而偏差114是在溝槽107側(cè)壁與軸122之間的距離。
[0017]下EPI層104具有第二晶格常數(shù)，該第二晶格常數(shù)與對(duì)應(yīng)于襯底103 (或者如果在襯底103的下部與EPI層104之間包括諸如緩沖層的中間層，就是襯底103的頂層)的第一晶格常數(shù)失配。EPI層104形成于溝槽107中，其鄰近溝槽的底部并且在位于溝槽107的最窄部分的溝槽的上寬度下方(框515)。
[0018]上EPI層包括在下EPI層104上方的溝槽107中。例如，EPI層106中的任何層可以構(gòu)成這種上EPI層。此外，EPI層105中的任何層都可以構(gòu)成這種上EPI層。EPI層105、106中的任何層都可以包括在器件層中，其可以部分地形成諸如晶體管的溝道之類(lèi)的器件(框520)。EPI層105、106中的任何層可以具有與襯底103和/或EPI層104的晶格常數(shù)不同的晶格常數(shù)。例如，EPI層105可以具有使得在襯底晶格常數(shù)與EPI層105的晶格常數(shù)之間的差大于在襯底晶格常數(shù)與EPI層104的晶格常數(shù)之間的差的晶格常數(shù)。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底103包括Si (例如Si和/或SiGe)，EPI層104包括II1-V或IV族材料，EPI層105包括II1-V或IV族材料，以及EPI層106包括II1-V或IV族材料。II1-V和IV族材料包括但不限于 Ge、SiGe、GaAs、AlGaAs、InGaAs, InAs 和 InSb0 組件 103、104、105、106中的每一個(gè)組件或任何組件可以是不同的材料，諸如包括諸如SixGei_x和Si yGei_y(其中，X不等于y)的不同組分的材料。在其它實(shí)施例中，材料可以完全不同，例如InP、SiGe和/或GaAs0
[0019]在實(shí)施例中，與上EPI層105和/或106相比，下EPI層104包括較多的缺陷。在實(shí)施例中，與EPI層104的在軸120上方的部分相比，下EPI層104包括較多的缺陷。例如，缺陷130在EPI層104內(nèi)終止。在一個(gè)實(shí)施例中，阱溝槽107包括小于溝槽總高度的長(zhǎng)度(圖1(a)