集成的外延金属电极制造技术

本文描述系统和方法从而包括在稀土氧化物和半导体层之间的外延金属层。描述系统和方法从而生长层状结构，包含衬底，在衬底上方外延生长的第一稀土氧化物层，在稀土氧化物层上方外延生长的第一金属层，和在第一金属层上方外延生长的第一半导体层。具体地，衬底可包括多孔部分，其通常与金属层对齐，其间有或没有稀土氧化物层。稀土氧化物层。稀土氧化物层。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】集成的外延金属电极
相关申请的交叉引用本申请是2018年11月1日提交的共同未决和共同转让的美国非临时申请号16/178,495的部分继续并要求其优先权，其为美国非临时申请号15/712,002的继续(于2018年11月13日以美国专利号10,128,350公布)，该美国非临时申请号15/712,002进而按照35U.S.C.
§
119(a)要求2016年9月22日提交的美国临时申请号62/398,416的权益。


本申请涉及半导体设计，并且更具体地涉及集成的外延金属电极的层状结构，其中在下外延氧化物和上外延半导体之间引入外延金属。

技术介绍

外延、外延生长和外延沉积是指在结晶衬底上结晶层的生长或沉积。结晶层被称作外延层。结晶衬底充当模板并决定结晶层的取向和晶格间隔。在一些实例中，结晶层可为晶格匹配的或晶格一致的。晶格匹配的结晶层可具有与结晶衬底的顶表面相同或非常相似的晶格间隔。晶格一致的结晶层可具有为结晶衬底的晶格间隔的整数倍数的晶格间隔。外延的品质部分地基于结晶层的结晶程度。实际地，高品质外延层将是具有最少缺陷和很少或没有晶界的单晶。传统地，在上游加工中的一些点向外延结构施加金属接触层。由于当今复杂的外延结构通常包括多于一种器件功能，这可需要在具有大量形貌的晶片上大量的金属蚀刻和沉积。金属和半导体之间的相互作用经常对于器件操作是关键的。在金属和半导体之间的相互作用的一个实例发生在薄膜共振器例如RF滤波器，其中总的声学性能由电极的声阻抗和压电材料的声阻抗的乘积来决定。事实上，为了达到高共振频率，有必要使电极和压电材料都相当薄。这在图17中概述，其显示对于不同厚度金属电极而言作为AlN厚度函数的共振频率(来自S.Tanifuji等人，Proceedings 2009IEEE International Ultrasonic Symposium，第2170页，其全文通过引用并入)。这里，结晶品质也是重要的，因为没有它，由于多晶金属层中的晶界和缺陷提高的影响，电阻率将随着厚度降低而提高。还在硅工程衬底上方的金属上尝试了InP的生长，如描述于Zheng等人，Journal of Applied Physics，第111卷第123112页(2012)，其全文通过引用并入。然而，Zheng描述了膜是多晶的而不是外延的。在氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)上外延生长金属描述于Gsell等人，Journal of Crystal Growth，第311卷，第3731页(2009)，其全文通过引用并入。Gsell描述了通过使用YSZ分离金属与下方硅衬底，因为这防止任何外延金属不期望的硅化。YSZ是使用氧化锆和氧化钇靶的溅射材料(或使用脉冲激光沉积而沉积)。它不是单晶材料，有晶界并可具有混合的结晶性(立方的和四方的)。因此，它是金属外延生长的次优选模板。另外，YSZ/硅界面的控制是有技术挑战的。因此，在半导体材料上方外延生长良好晶体品质的金属已证明是困难的。

技术实现思路

本文描述了系统和方法，用于在其上可生长半导体层的层状结构中使用集成的外延金属电极。本文所述的系统和方法可包括层状结构，包含衬底，在衬底上方外延生长的第一稀土氧化物层，在稀土氧化物(REO)层上方外延生长的第一金属层，和在第一金属层上方外延生长的第一半导体层。在一些实施方案中，衬底包括一种或多种第IV族元素，其包括但不限于硅(Si)、锗(Ge)、绝缘体上的硅(SOI)、SiGe。在一些实施方案中，衬底具有<100>或<111>的晶体取向，而斜切(miscut)为至多10度。在一些实施方案中，衬底包括来自第III族和第V族的元素，包括但不限于GaAs、InP、GaN。在一些实施方案中，衬底是另一金属氧化物，包括但不限于Ga2O3、Al2O3。在一些实施方案中，稀土氧化物层包括选自周期表的镧系元素族的稀土金属元素，钪(Sc)和钇(Y)。在一些实施方案中，REO层由具有氧与金属之比在1和2之间的REO组成。在一些实施方案中，第一金属层包括选自周期表的过渡金属族的金属元素。在一些实施方案中，第一半导体层包括选自第III族、第IV族、第V族的元素。在一些实施方案中，衬底由硅组成，REO层由具有氧与金属之比为1.5的铒氧化物(ErO
1.5
)组成，和第一金属层由钼(Mo)组成。在一些实施方案中，第一半导体层由Al
x
Sc1‑
x
N(0≤x<1)组成。在一些实施方案中，衬底当由Si组成时具有<100>的晶体取向，REO层当由ErO
1.5
组成时具有<110>的晶体取向，和第一金属层当由Mo组成时具有<211>的晶体取向。例如，由硅组成的衬底可具有<111>的取向，REO层当由ErO
1.5
组成时具有<110>的晶体取向。在一些实施方案中，REO层由多种稀有金属氧化物组分组成，并且多种稀有金属氧化物组分具有不同的金属元素或不同的氧与金属之比。在一些实施方案中，REO层包括由第一REO组成的第一亚层和由第二REO组成的第二亚层。在一些实施方案中，REO层包括由第一REO组成的第一区域和由第二REO组成的第二区域，和其中第一区域以梯度方式过渡至第二区域。在一些实施方案中，REO层包括由第一REO组成的第一亚层和由第二REO组成的第二亚层，和其中第一亚层和第二亚层在超晶格结构中重复。在一些实施方案中，第二金属氧化物还包含第III族元素。在一些实施方案中，第一金属层包括由第一金属组成的第一亚层和由第二金属组成的第二亚层。在一些实施方案中，第一金属层包括由第一金属组成的第一区域和由第二金属组成的第二区域，和其中第一区域以梯度方式过渡至第二区域。在一些实施方案中，金属层包括由第一金属组成的第一亚层和由第二金属组成的第二亚层，和其中第一亚层和第二亚层在超晶格结构中重复。在一些实施方案中，层状结构还包含在半导体层上方外延生长的第二金属层。在一些实施方案中，层状结构还包含在第二金属层上方外延生长的第二半导体层。在一些实施方案中，层状结构还包含至多20次重复的金属层和半导体层的组合。在一些实施方案中，层状结构还包含金属层和REO层的组合的重复。在一些实施方案中，层状结构还包含在半导体层上方生长的第二REO层。在一些实施方案中，第二金属层外延生长在第二REO层上方。在一些实施方案中，权利要求1的层状结构还包含从第一金属层生长的外延层，其中外延层包括选自以下的组分：二维(2D)材料、盖层和绝缘体。在一些实施方案中，2D材料选自石墨烯和过渡金属二硫化物。在一些实施方案中，盖层由选自金属氧化物和金属硅化物的材料组成。在一些实施方案中，绝缘体由REO组成。在一些实施方案中，中间层由第一金属层过渡至第一半导体层。在一些实施方案中，中间层由一种或多种选自以下的组分组
成：金属氮化物、金属磷属元素化物和模板2D电极本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.层状结构，包含：具有连续部分和多孔部分的单片衬底；在该单片衬底上方的第一外延金属层；和在该第一外延金属层上方的第一半导体层。2.根据权利要求1所述的层状结构，其中该单片衬底包括选自硅(Si)、锗(Ge)、绝缘体上的硅(SOI)、和SiGe中的一种或多种第IV族元素。3.根据权利要求1所述的层状结构，其中该单片衬底包含由在该多孔部分和直接在该单片衬底上方的第一层之间的连续材料组成的过渡层。4.根据权利要求1所述的层状结构，其中该多孔部分邻接直接在该单片衬底上方的层而其间没有任何过渡层。5.根据权利要求1所述的层状结构，其中该第一外延金属层直接在该单片衬底上方，并且其中该第一外延金属层直接与单片衬底的多孔部分接触。6.根据权利要求1所述的层状结构，其中该多孔部分具有在水平、竖直或在另一维度上的不同位置分布的至少第一区域和第二区域，并且其中第一区域和第二区域具有不同的孔隙率。7.根据权利要求1所述的层状结构，还包含：在该单片衬底和第一金属层之间的第一稀土氧化物层。8.根据权利要求7所述的层状结构，其中第一金属层覆盖第一稀土氧化物层的上表面的一部分，并且其中第一金属层与该单片衬底的多孔部分对齐，其间具有第一稀土氧化物层。9.根据权利要求1所述的层状结构，还包含：在该第一半导体层上方的第二半导体层；和在该第二半导体层上方的第二金属层。10.根据权利要求1所述的层状结构，还包含：在该单片衬底上方的非连续稀土层，其中非连续稀土氧化物层在非连续稀土氧化物层的其它部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：IQE公开有限公司，
类型：发明
国别省市：