專利名稱：P型半導(dǎo)體器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及P型半導(dǎo)體器件。其特別地涉及P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管。
背景技術(shù)：
為了產(chǎn)生對(duì)邏輯電路的改進(jìn)，期望的是產(chǎn)生在較高頻率和較低功率下工作的器件結(jié)構(gòu)，特別是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。用于數(shù)字電路設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)是CMOS。為了實(shí)現(xiàn)CMOS電路，要求n-FET (以電子為載流子)和p-FET (以空穴為載流子)兩者。常規(guī)CMOS設(shè)計(jì)在很大程度上是基于Si半導(dǎo)體技術(shù)。對(duì)于n-FET而言，已經(jīng)使用InSb作為半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了非常高的操作頻率和低操作功率。在此系統(tǒng)中，在諸如GaAs的適當(dāng)
基底上生長(zhǎng)一層AlxIrvxSb,并在其上面生長(zhǎng)InSb的薄器件層。在該器件層上生長(zhǎng)將提供電子的被小AlxIrvxSb隔離層與其分離的施主層。器件被適當(dāng)?shù)氐膶?再次地AlxIrvxSb)覆蓋，以將載流子約束在器件層區(qū)域中，該器件層區(qū)域形成量子阱。對(duì)于具有AlxIrvxSb的組分的區(qū)域而言，X的值對(duì)于不同的區(qū)域可以不同。InSb具有非常高的電子遷移率，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了極好的結(jié)果——已經(jīng)產(chǎn)生了具有350 GHz工作速度和0. 5 V的工作電壓的n_FET。應(yīng)變InSb量子阱結(jié)構(gòu)也適合于在p-FET中使用。在InSb與AlxIrvxSb之間存在晶格失配，其導(dǎo)致量子阱中的壓縮應(yīng)變和因此的良好的空穴遷移率。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了具有明顯比常規(guī)Si或其它III-V半導(dǎo)體系統(tǒng)高的跨導(dǎo)和截止頻率的P-FET。然而，用P型應(yīng)變InSb量子阱場(chǎng)效應(yīng)晶體管(QWFET)可實(shí)現(xiàn)的性能不可與對(duì)于n型QWFET而言可實(shí)現(xiàn)的相比。還已調(diào)查了其它系統(tǒng)以產(chǎn)生適合于在CMOS邏輯中使用的高速p溝道器件一這些系統(tǒng)包括SiGe、Ge、InGaSb和碳納米管。這些系統(tǒng)中目前沒有一個(gè)提供了產(chǎn)生具有可與n型銻化銦QWFET的性能相比的性能的p_FET的途徑。因此期望的是產(chǎn)生具有p溝道性質(zhì)的器件結(jié)構(gòu)，其允許在具有可與用n型InSbQWFET可實(shí)現(xiàn)的相比且與之兼容的低功率和高頻率性能的p-FET中使用。這將允許在公共基底上生長(zhǎng)高性能p型和n型QWFET的形成物，允許以低功率消耗實(shí)現(xiàn)CMOS邏輯。

發(fā)明內(nèi)容
因此，在第一方面，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括有源層，其包括小于20nm厚的一層a-Sn;以及在有源層下面的第一約束層，其中，第一約束層由具有比a-Sn寬的能帶隙的一種或多種材料形成，其中，a -Sn與所述一種或多種材料之間的價(jià)帶偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱。半導(dǎo)體器件通常是p型半導(dǎo)體器件。優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件是晶體管或用于晶體管的前體結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管或其前體結(jié)構(gòu)。更優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件是P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管或用于P型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的前體結(jié)構(gòu)。a -Sn具有極高的空穴遷移率——被報(bào)告為2400cm2/Vs，約為InSb的兩倍——并且已被本發(fā)明人認(rèn)為特別適合于在QWFET中使用，因?yàn)槠渚w性質(zhì)與InSb的那些類似。因此其特別適合于在其中載流子是空穴且其中有源層形成P溝道的有源層中使用。
如果不存在將有源層的另一側(cè)毗鄰至鄰近于第一約束層的一側(cè)的層，則此結(jié)構(gòu)將起作用。有利地，在有源層的該側(cè)可以存在第二約束層，其由與第一約束層相同類型的材料形成。如果將此類有源層置于壓縮應(yīng)變下，則增強(qiáng)其P溝道性質(zhì)。有利地，在有源層與第一約束層和第二約束層中的至少一個(gè)之間存在至少1%的應(yīng)變。這可以通過用a-Sn層代替常規(guī)InSb器件結(jié)構(gòu)中的InSb來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，第一約束層和第二約束層中的至少一個(gè)包括三元III-V半導(dǎo)體,優(yōu)選地一者或兩者是AlxIrvxSb, X通常在0. I與0. 6之間且更優(yōu)選地在0. 30與0. 45之間。其它可能的三元III-V半導(dǎo)體是InGaSb和/或AIGaSb。第一約束層可以是有源層與基底之間的緩沖層。基底(其優(yōu)選地是GaAs或Si)可以相對(duì)于晶面被斜切(miscut)以防止當(dāng)在IV族層上生長(zhǎng)III-V層時(shí)產(chǎn)生反相疇邊界。有源層可以包含達(dá)到2%的摻雜劑一優(yōu)選地Si或Ge—以使a-Sn層針對(duì)到P-Sn的相變穩(wěn)定化。優(yōu)選地，半導(dǎo)體器件是p-FET，并且還包括全部設(shè)置在第二約束層上方的源極、漏極和柵極，其中，柵極位于源極與漏極之間以控制其之間的P溝道電流。此P溝道結(jié)構(gòu)特別適合于在p-FET中使用以實(shí)現(xiàn)可與InSb n-FET的相比的性能。替換地，半導(dǎo)體器件可以是用于p-FET的前體結(jié)構(gòu)，如本文所述，所述結(jié)構(gòu)包括基底和外延生長(zhǎng)的第一約束層和有源層。前體結(jié)構(gòu)可以包括在有源層之上的第二約束層。可選地，前體結(jié)構(gòu)可以包括臨時(shí)或永久蓋層，適當(dāng)?shù)母采w材料對(duì)于技術(shù)人員來說是眾所周知的。在另一方面，本發(fā)明提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟制備基底；用外延生長(zhǎng)過程直接地或間接地在基底上生長(zhǎng)第一約束層；以及用外延生長(zhǎng)過程在第一約束層上方生長(zhǎng)a-Sn的有源層；其中，第一約束層由具有比a-Sn寬的能帶隙的材料形成，其中，a -Sn與所述一種或多種材料之間的能帶隙偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱。供在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的適當(dāng)外延生長(zhǎng)過程是MBE、MOCVD, ALD、CBE和MECVD—本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到哪個(gè)可用外延生長(zhǎng)過程將適合于生長(zhǎng)本文所述的層。在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(優(yōu)選地p型場(chǎng)效應(yīng)晶體管)的前體結(jié)構(gòu)，包括有源層，其包括小于20nm厚的一層a -Sn ;以及在有源層下面的第一約束層，其中，第一約束層由具有比a-Sn寬的能帶隙的一種或多種材料形成，其中，a-Sn與所述一種或多種材料之間的價(jià)帶偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱。優(yōu)選地一但不必須一前體結(jié)構(gòu)包括在有源層之上的第二約束層?？蛇x地，前體結(jié)構(gòu)包括蓋層，其能夠——在必要時(shí)——在將結(jié)構(gòu)處理成最終晶體管器件之前被去除。在另一方面，本發(fā)明提供了 a-Sn在QWFET器件的有源層中的使用，該有源層形成所述器件的P溝道。優(yōu)選地，0_311包括小于2011111厚的層。本發(fā)明的一個(gè)方面中的任何特征可以以任何適當(dāng)組合的方式應(yīng)用于本發(fā)明的任何其它方面。特別地，器件方面可以應(yīng)用于方法和使用方面，反之亦然。參考附圖，本發(fā)明延伸至基本上如本文所述的器件和方法。


現(xiàn)在將通過參考附圖以示例的方式來描述本發(fā)明的特定實(shí)施例，在附圖中
圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的P溝道結(jié)構(gòu)；
圖2舉例說明用于圖I的p溝道結(jié)構(gòu)的能帶隙；
圖3示出使用圖I所述的類型的p溝道結(jié)構(gòu)的p-FET ；
圖4舉例說明用于圖3的p-FET的生長(zhǎng)的過 程；以及
圖5A和5B舉例說明分別使用平面切和斜切基底在III-V材料層上方進(jìn)行的IV族材料層的生長(zhǎng)。
具體實(shí)施例方式圖I示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的p溝道結(jié)構(gòu)的示例。p溝道結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部分是由a -Sn組成的量子阱層I。此量子阱層I是在具有適當(dāng)能帶隙和晶體結(jié)構(gòu)的材料的緩沖層2上生長(zhǎng)的——AlxIrvxSb是適當(dāng)?shù)木彌_層材料。緩沖層形成用于量子阱的底部阻擋層。緩沖層2在這里被示為在基底3上形成，對(duì)于基底3而言，適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì)將是GaAs，但是Si也是可能的基底選擇。為了約束p溝道中的載流子(空穴)，還可以在量子阱層I上提供另一頂部阻擋層4。在所示的示例中，其再次是AlxIrvxSb。此布置提供了基本器件結(jié)構(gòu)，但是下文描述了對(duì)此結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。a -Sn具有極高的空穴遷移率——被報(bào)告為2400cm2/Vs，約為InSb的兩倍。通過AlxIrvxSb緩沖層上的生長(zhǎng)來增強(qiáng)空穴遷移率，因?yàn)檫@將導(dǎo)致由于AlxIrvxSb的閃鋅礦結(jié)構(gòu)晶格與a-Sn的金剛石型立方晶格結(jié)構(gòu)之間的失配而將量子阱層置于壓縮應(yīng)變下。a-Sn具有0. 64912nm的晶格參數(shù)，因此是與InSb的良好晶格匹配，使得其能夠有效地代替基于InSb的器件結(jié)構(gòu)中的InSb。這意味著a -Sn也可與基于InSb的n型器件兼容，因此,能夠一起在公共基底上提供兩種類型的器件。這提供了高速且低功率的CMOS邏輯的可能性。圖2舉例說明用于此結(jié)構(gòu)的對(duì)照距離的能帶隙。如可以看到的，a-Sn中的小能帶隙和a -Sn的價(jià)帶與AlxIrvxSb的價(jià)帶之間的大能帶偏移(a -Sn的價(jià)帶偏移相對(duì)于InSb而言為約0.4 eV)提供優(yōu)良的空穴約束。導(dǎo)帶之間的偏移是相對(duì)小的——雖然這不是基本問題(因?yàn)檫@是P溝道而不是n溝道，因此電子不是載流子)，但是如果a-Sn的導(dǎo)帶在AlxIrvxSb的導(dǎo)帶之上則可能是問題，因?yàn)檫@可能導(dǎo)致反阱，其可能影響p溝道的性能?？梢酝ㄟ^增加X (并因此增加Al分?jǐn)?shù))來增加AlxIrvxSb中的能帶隙一可以控制此參數(shù)以獲得令人滿意的溝道性質(zhì)。圖3舉例說明采用圖I所示的類型的P溝道的P-FET——還提供了如上所述的實(shí)際基本半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的更多細(xì)節(jié)。在GaAs 33的基底上生長(zhǎng)AlxIrvxSb的緩沖層32，其包括下約束層322。a -Sn量子阱31被包括上約束層343的上層34覆蓋。在上層34上方形成了源極35和漏極36。由放置在源極與漏極之間的柵極37來控制p溝道。緩沖層32在厚度上可以從I至3 y m。鄰近于基底的是位于在基底31與下約束層322 之間的 AlxIrvxSb 的富 Al 適應(yīng)層(accommodation layer) 321。a-Sn量子阱31通常在厚度上為約5nm——厚到足以在那里存在可用于低載流子質(zhì)量的足夠的能態(tài)，但是薄到足以形成有效的量子阱結(jié)構(gòu)而不超過用于松弛的臨界厚度，這將導(dǎo)致在量子阱結(jié)構(gòu)的表面處產(chǎn)生位錯(cuò)和溝道的電氣性質(zhì)的嚴(yán)重劣化。
上層34可以在厚度上達(dá)到約20nm——這需要厚到足以有效地約束載流子，但是薄到足以允許柵極電壓有效地控制通過量子阱層的傳導(dǎo)。其具有多個(gè)子層以便實(shí)現(xiàn)某些期望的電氣性質(zhì)。提供了摻雜劑片342:這可以使用8摻雜來提供用于溝道的載流子——對(duì)于此類P溝道而言，Be 6摻雜適合于此目的。摻雜劑片342被AlxIrvxSb的隔離層341從有源層31的量子阱結(jié)構(gòu)分離，隔離層342可以是相對(duì)薄的(例如，3nm厚)。也由AlxIrvxSb形成的上約束層343在摻雜劑片342上方形成并用于約束有源層31中的載流子。替換地(圖中未示出)，可以以類似的方式在下約束層的上部中形成摻雜劑層。此上約束層343需要足夠厚以有效地約束載流子(如果器件總體上被設(shè)計(jì)為使得載流子否則將具有泄漏路徑)，但是足夠薄以允許柵極37適當(dāng)?shù)乜刂朴性磳?1?？梢酝ㄟ^對(duì)上約束層343進(jìn)行回蝕以形成柵極37位于其中的溝槽344來允許此類柵極控制?？梢詫?duì)上約束層343的上部進(jìn)行p摻雜以提供到源極35和漏極36的更好的導(dǎo)電接觸?？梢詫⒊Ｒ?guī)沉積技術(shù)用于沉積AlxIrvxSb和a -Sn層——分子束外延(MBE)和金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積(MOCVD)兩者都是特別適當(dāng)?shù)倪^程。如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，
可以使用任何適當(dāng)?shù)耐庋由L(zhǎng)過程——ALD、CBE和MECVD在可用的替換過程之中。用正常平版印刷技術(shù)來形成上述金屬化層一其可以涉及例如光刻法或電子束平版印刷術(shù)。在器件制造中出現(xiàn)了某些特殊考慮因素以保證令人滿意的層性質(zhì)和質(zhì)量。下面參考圖4對(duì)這些進(jìn)行討論，其提供了在圖3的p-FET結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)中涉及的過程的流程圖說明。在適當(dāng)制備(步驟40)的半導(dǎo)體基底33上生長(zhǎng)器件。GaAs是用于InSb系統(tǒng)的優(yōu)選基底選擇，并且在這里同樣是適當(dāng)?shù)?，因?yàn)閍-Sn有效地替代了 InSb量子阱系統(tǒng)中的InSb0如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，還可以有適合于與InSb系統(tǒng)一起使用的基底的其它選擇。材料生長(zhǎng)中的一個(gè)實(shí)際問題確實(shí)影響基底制備。a -Sn是一種IV材料，并且正在一個(gè)III-V材料之上生長(zhǎng)且在其之上將生長(zhǎng)另一 III-V材料。這產(chǎn)生一個(gè)潛在的困難的源頭，因?yàn)殡m然III-V材料僅僅以半個(gè)晶胞為單位分裂或生長(zhǎng)，但I(xiàn)V族材料將以晶胞的四分之一為單位生長(zhǎng)。這在在III-V材料——該材料可以包含半晶胞高度的臺(tái)階，其在IV族材料的生長(zhǎng)中不產(chǎn)生問題——上生長(zhǎng)IV族材料時(shí)不引起特定的困難，但是在III-V材料的生長(zhǎng)中可能引起相當(dāng)大的困難。這是因?yàn)镮V族層表面可以包含四分之一晶胞高度的臺(tái)階。此類臺(tái)階上的III-V材料的生長(zhǎng)將導(dǎo)致反相疇邊界50 (如圖5A所示)，導(dǎo)致可能影響半導(dǎo)體器件的性質(zhì)的缺陷。在使用在0.5°至4°范圍內(nèi)、但優(yōu)選地朝向(111)式平面約2°的明顯斜切基底時(shí)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)IV族材料上的III-V材料生長(zhǎng)的此問題的解決方案。對(duì)于GaAs基底而言，其可以是距離(001)晶面的相當(dāng)大的斜切。使用在其上方生長(zhǎng)的此類斜切基底力層以僅具有較粗的臺(tái)階——這對(duì)于窄的四分之一晶胞高度臺(tái)階在IV族層中形成是非常不利的。在圖5B中示出了 IV族層的上表面處的結(jié)果一較粗臺(tái)階在很大程度上防止了反相疇邊界的產(chǎn)生。類似的斜切對(duì)于Si基底而言是期望的。緩沖層32’是由AlxIrvxSb制成的且可以由用于形成此材料的器件結(jié)構(gòu)的任何適當(dāng)方法來形成(步驟42)，其包含用于量子阱結(jié)構(gòu)中的載流子的下約束層322。如上所述，這通常將是外延生長(zhǎng)過程——定期地使用MEB和MOCVD兩者來生長(zhǎng)InSb系統(tǒng)，但是還可以采用其它外延生長(zhǎng)過程。AlxIrvxSb層的生長(zhǎng)被本領(lǐng)域的技術(shù)人員很好地理解，并且這里將不進(jìn)一步討論。
如對(duì)于InSb的情況，AlxIrvxSb與a -Sn之間的晶格失配使得其導(dǎo)致a -Sn層上的壓縮應(yīng)變。這通常對(duì)于器件性質(zhì)是有利的，但是對(duì)于InSb和a -Sn兩者的p溝道而言，期望的是進(jìn)行進(jìn)一步的修改以改善器件性能。對(duì)可以在不在層之間的界面處引入錯(cuò)配位錯(cuò)的情況下在另一層(對(duì)于該層，其具有顯著的晶格失配)上生長(zhǎng)外延層的厚度存在限制。此類錯(cuò)配位錯(cuò)將降低空穴遷移率并因此顯著地影響器件的期望電氣性質(zhì)。可以通過將相反符號(hào)的應(yīng)變凍結(jié)到將在其上面生長(zhǎng)失配外延層的層中來增加此厚度——這可以在在薄到足以使應(yīng)變被俘獲在其中的較高Al分?jǐn)?shù)AlxIrvxSb層(例如，0. 5 ii m的Ala35Ina65Sb)下面生長(zhǎng)較低Al分?jǐn)?shù)AlxIrvxSb層(例如，2. 5 iim的Ala3Ina7Sb)時(shí)在緩沖層AlxIrvxSb中完成，應(yīng)變是由兩個(gè)AlxIrvxSb層的不同晶格參數(shù)和熱膨脹模數(shù)引入的。在本申請(qǐng)人的英國(guó)專利申請(qǐng)GB 0906331. 4和題為“StrainControl in Semiconductor Devices”的同一日期的共同待決PCT申請(qǐng)中對(duì)此進(jìn)行了更詳細(xì)地描述，其被通過引用結(jié)合到本文中至法律允許的程度。沿電流方向的壓縮應(yīng)變通常增強(qiáng)半導(dǎo)體系統(tǒng)中的空穴遷移率——這在Si系統(tǒng)
中已被很好地研究，并且已被發(fā)現(xiàn)可適用于其它IV族以及III-V半導(dǎo)體系統(tǒng)。在諸如AlxIrvxSb上的InSb或a -Sn的系統(tǒng)中，由層之間的晶格失配引起的雙軸壓縮應(yīng)變提供了空穴遷移率益處。另一益處原則上可以通過將此系統(tǒng)置于沿電流方向的另一壓縮應(yīng)變下來提供，但是這將導(dǎo)致總體水平高的壓縮應(yīng)變，使得可能導(dǎo)致材料損壞。與沿著與電流正交的面內(nèi)方向相比沿電流方向提供增加的壓縮應(yīng)變的替換方法可以通過使用沿此正交方向的拉伸單軸應(yīng)變來實(shí)現(xiàn)。在本申請(qǐng)人的英國(guó)專利申請(qǐng)GB 0906333. 0和題為“UniaxialTensile Strain in Semiconductor Devices”的同一日期的共同待決PCT申請(qǐng)中對(duì)此進(jìn)行了更詳細(xì)地描述，其被通過引用結(jié)合到本文中至法律允許的程度?，F(xiàn)在在緩沖層32的AlxIrvxSb上約束層322上形成a -Sn層31 (步驟44)。InSb系統(tǒng)上的ct -Sn層的形成已經(jīng)被廣泛地研究，例如由Farrow等人在Journal of CrystalGrowth vol. 54 (1981),pp 507 518中，其討論了用MBE進(jìn)行a-Sn的異質(zhì)外延膜的生長(zhǎng)。在防止到不具有要求的電氣性質(zhì)的較高溫度P-Sn金屬狀態(tài)的相轉(zhuǎn)變時(shí)出現(xiàn)了實(shí)現(xiàn)a -Sn的有效層方面的實(shí)際困難。這對(duì)于a -Sn層31本身的生長(zhǎng)而言不是顯著的問題——雖然AlxIrvxSb的緩沖層32通常將是在有可能引起不期望相轉(zhuǎn)變的溫度(350°C )下生長(zhǎng)，但可以在沉積Sn之前將工作溫度冷卻至低得多的值(例如，對(duì)于Farrow而言為-20°C)。如果將在a-Sn層31上方生長(zhǎng)另一層AlxIrvxSb (步驟46)，即第二約束層34，則出現(xiàn)實(shí)際問題。如上文所指出的，在很可能引起不期望相轉(zhuǎn)變的溫度下生長(zhǎng)一層AlxIrvxSb是正常的。實(shí)際上，a -Sn相在a -Sn層31中比其在體中時(shí)更穩(wěn)定，并且能夠進(jìn)一步使其穩(wěn)定。如 Stradling 在 Physica Scripta Vol. T35, 237 244 中和由 Mason 與 Williams在Surface Science Letters Vol. (1992)L472 L476中所述的,在晶格失配基底上生長(zhǎng)的a-Sn的薄膜與體中的a-Sn相比在明顯更高的溫度(150 200°C)下是穩(wěn)定的。還可以通過摻雜來進(jìn)一步使a -Sn層31穩(wěn)定一用達(dá)到2%的Si或Ge進(jìn)行的摻雜能夠在沒有結(jié)果得到的P溝道的期望電氣性質(zhì)的顯著劣化的情況下使此層穩(wěn)定，雖然更高水平的摻雜可能更顯著地影響這些電氣性質(zhì)?？梢允股蠈拥纳L(zhǎng)(步驟46)本身適度以防止a-Sn層31的不穩(wěn)定?？梢栽诮档偷臏囟?小于200 °C )下生長(zhǎng)上層34本身的AlxIrvxSb以防止a-Sn層31的不穩(wěn)定。這對(duì)于AlxIrvxSb生長(zhǎng)而言不是最佳溫度，但是其在此溫度下仍能夠以適當(dāng)?shù)男再|(zhì)生長(zhǎng)。替換地，可以在此較低溫度下開始生長(zhǎng)，但是可以在已經(jīng)沉積了單層或多層AlxIrvxSb之后提高溫度，因?yàn)楫?dāng)a -Sn層31被夾在兩個(gè)AlxIrvxSb層之間時(shí)，應(yīng)針對(duì)相轉(zhuǎn)變進(jìn)一步使其穩(wěn)定——例如，可以在較低溫度下生長(zhǎng)隔離層341，恢復(fù)至用于上約束層343本身的更正常的生長(zhǎng)溫度。另一替換將是對(duì)能夠在較低溫度下生長(zhǎng)至高質(zhì)量的上層使用不同的材料，諸如低溫氧化物。在半導(dǎo)體應(yīng)用中使用的氧化物包括Si02、HfO2, GdO2^Al2O3和Ga203。如上文所指出的，上層34的生長(zhǎng)中的另一實(shí)際問題是防止在在一層IV族材料上生長(zhǎng)III-V層時(shí)可能出現(xiàn)的反相疇邊界。如上文所討論的，這是通過在斜切基底上生長(zhǎng)器件結(jié)構(gòu)來解決的。隔離層341、摻雜劑片342、上約束層343和溝槽344的形成是常規(guī)的，如本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的那樣，并且在這里不進(jìn)行進(jìn)一步討論。然后用平版印刷過程(諸如光刻或電子束平版印刷過程)以常規(guī)方式形成(步驟48)源極35、漏極36和柵極37——通常，金屬化后面是光刻掩膜的產(chǎn)生和金屬化層的回蝕，
后續(xù)去除掩膜以形成要求的金屬焊盤。這些完成P-FET，并且然后能夠通過到金屬焊盤的布線以任何常規(guī)方式將器件簡(jiǎn)單地連接至其它電路元件。在M. Radosavljevic等人呈現(xiàn)給2008 ffiEE國(guó)際電子器件會(huì)議(IEDB 2008)的論 文“High-Performance 40nm Gate Length InSb p-ChanneI CompressivelyStrained Quantum Well Field Effect Transistors for Low-Power (Vcc=O. 5) LogicApplications”中能夠找到InSb應(yīng)變QWFET的制造和結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步討論。在本討論中闡述的關(guān)于使用基于InSb系統(tǒng)的應(yīng)變量子阱有源層的p-FET的一般原理適合于在本發(fā)明的實(shí)施例中使用。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 有源層，其包括小于20nm厚的一層α-Sn;以及 在有源層下面的第一約束層，其中，第一約束層由具有比a-Sn寬的能帶隙的一種或多種材料形成，其中，a -Sn與所述一種或多種材料之間的能帶隙偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，還包括在有源層上的第二約束層，其中，第二約束層也由具有比a -Sn寬的能帶隙的一種或多種材料形成，其中，a -Sn與所述一種或多種材料之間的能帶隙偏移允許約束有源層中的載流子。
3.如權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，用達(dá)到2%的Si、Ge或其組合來?yè)诫s有源層。
4.如任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中，有源層中的載流子是空穴，并且有源層形成P溝道。
5.如從屬于權(quán)利要求2的任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中，在有源層與第一約束層和第二約束層中的至少一個(gè)之間存在至少1%的應(yīng)變。
6.如從屬于權(quán)利要求2的任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件,其中，第一約束層和第二約束層中的至少一個(gè)包括三元III-V半導(dǎo)體。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，第一約束層和第二約束層中的至少一個(gè)包括 AIxIrvxSb。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中，第一約束層和第二約束層兩者都包括AlxIrihSb0
9.如權(quán)利要求7或權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中，X的值在O.30 <x<0. 45的范圍內(nèi)。
10.如任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，還包括基底，其中，第一約束層在基底上方形成至少O. 2 μ m的緩沖層。
11.如權(quán)利要求10所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述基底包括GaAs或Si。
12.如任一前述權(quán)利要求所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件是p-FET，并且其中，所述半導(dǎo)體還包括全部設(shè)置在第二約束層上方的源極、漏極和柵極，其中，柵極位于源極與漏極之間以控制其之間的P溝道中的電流。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件還包括適合于向有源層貢獻(xiàn)載流子的摻雜劑片。
14.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括步驟 制備基底； 用外延生長(zhǎng)過程直接地或間接地生長(zhǎng)第一約束層；以及 用外延生長(zhǎng)過程在第一約束層上方生長(zhǎng)α -Sn的有源層； 其中，第一約束層由具有比α-Sn的能帶隙寬的一種或多種材料形成，其中，α-Sn與所述一種或多種材料之間的能帶隙偏移允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，還包括步驟 用外延生長(zhǎng)過程在α -Sn的有源層上方生長(zhǎng)第二約束層；其中，第二約束層由具有比α-Sn的能帶隙寬的一種或多種材料形成，其中，α-Sn與所述一種或多種材料之間的能帶隙偏移允許約束有源層中的載流子。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中，制備基底的步驟包括制備相對(duì)于晶面基本上被斜切以在其上面進(jìn)行第一約束層、有源層和第二約束層的后續(xù)生長(zhǎng)的表面。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述基底是GaAs或Si，并且所述晶面是(OOl)平面。
18.如權(quán)利要求14至17中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，任何約束層由AlxIrvxSb形成。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中，X的值在O.30彡X彡0.45的范圍內(nèi)。
20.如從屬于權(quán)利要求15的權(quán)利要求15至19中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述半導(dǎo)體器件是P-FET，并且其中，所述方法還包括步驟 用平版印刷過程在第二約束層上方形成金屬源極、漏極和柵極焊盤以形成P-FET，其有源層形成P溝道。
21.如從屬于權(quán)利要求15的權(quán)利要求15至20中的任一項(xiàng)所述的方法,其中,控制第二約束層的生長(zhǎng)條件，從而防止有源層的不穩(wěn)定。
22.α -Sn在QWFET器件的有源層中的使用，該有源層形成所述器件的P溝道。
23.如權(quán)利要求22所述的使用，其中，α-Sn包括小于20nm厚的層。
24.基本上如上文參考附圖所述的任何器件或方法。
25.上文參考附圖所述的任何新型特征或特征的組合。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件包括在第一約束層(32)之上的有源層(31)。有源層(31)包括小于20nm厚的一層α-Sn。第一約束層(32)由具有比α-Sn寬的能帶隙的材料形成，其中，α-Sn與此材料之間的能帶隙允許約束有源層中的載流子，使得有源層充當(dāng)量子阱?？梢栽谟性磳?31)上方形成類似第二約束層(34)。半導(dǎo)體器件可以是p-FET。還描述了一種制造此類半導(dǎo)體器件的方法。
文檔編號(hào)H01L29/267GK102804382SQ201080026465
公開日2012年11月28日 申請(qǐng)日期2010年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月14日
發(fā)明者D.J.瓦利斯 申請(qǐng)人:秦內(nèi)蒂克有限公司