本发明专利技术提供包括III-V族材料的半导体器件及其制造方法。半导体器件包括：硅基板，包括孔；硬掩模，在基板上围绕孔形成；第一材料层，填充在孔内并形成在硬掩模上；上材料层，形成在第一材料层上；和器件层，形成在上材料层上，其中第一材料层是III-V族材料层。III-V族材料层可以是III-V族化合物半导体层。上材料层可以是第一材料层的一部分。上材料层可以使用与第一材料层相同的材料或不同的材料形成。
【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体器件及制造该半导体器件的方法，更具体而言，涉及包括II1-V族化合物半导体层的半导体器件及制造该半导体器件的方法。
技术介绍
由于半导体器件被高度集成，所以半导体器件的元件的尺寸和它们之间的距离减小。例如，在硅(Si)基晶体管中，源电极、漏电极和栅电极的尺寸和它们之间的距离减小。由于栅电极的尺寸减小，所以沟道的长度也减小，因此由于短沟道效应导致晶体管的特性恶化。为了应对栅电极的尺寸方面的限制，正在研究用II1-V族材料代替沟道材料的技木。而且，正在研究将Si器件和包括II1-V族材料的光学器件集成为ー个器件的技术以及在Si基板上制造包括高效率的II1-V族材料的太阳能电池的技术。然而，由于II1-V族材料与Si之间的晶格常数和热导率之间的大的差异，在两种材料之间的界面上形成大量缺陷。这样，在Si基器件中使用II1-V族材料会受到限制。
技术实现思路
提供了ー种包括II1-V族化合物半导体层的具有減少的生长缺陷的半导体器件。提供了制造该半导体器件的方法。额外的方面将在后面的描述中部分的阐述，部分地从该描述变得明显，或者可以通过实践所给出的实施方式而获知。根据本专利技术的一方面，半导体器件包括:硅(Si)基板，包括孔；硬掩模，在基板上围绕孔形成；第一材料层，填充在孔内并形成在所述硬掩模上；上材料层，形成在第一材料层上；和器件层，形成在上材料层上，其中第一材料层是II1-V族材料层。该II1-V族材料层可以是II1-V族化合物半导体层。上材料层可以是第一材料层的一部分。 上材料层可以使用与第一材料层相同的材料或不同的材料形成。半导体器件还可以包括形成在第一材料层与上材料层之间的缓冲层。半导体器件还可以包括:第一势垒层，形成在第一材料层与上材料层之间；和第ニ势垒层，形成在上材料层上。器件层可以包括鳍场效应晶体管(FinFET)、太阳能电池、发光二极管(LED)或激光二极管(LD)。缓冲层可以使用与第一材料层相同的材料或不同的材料形成。第一势垒层和第二势垒层可以通过使用带隙大于用于形成上材料层的材料的带隙的材料形成。第一势垒层和第二势垒层可以通过使用与第一材料层相同的材料或不同的材料形成。填充在孔中的第一材料层可以包括空的空间。根据本专利技术的另一方面，制造半导体器件的方法包括:在硅基板的上表面上形成用于暴露上表面的一部分的硬掩模；在基板的暴露部分中形成孔；在硬掩模上生长第一材料层以填充孔；在第一材料层上生长上材料层；和在上材料层上形成器件层，其中第一材料层是II1-V族材料层。II1-V族材料层可以是II1-V族化合物半导体层。上材料层与第一材料层之间的相互关系可以如上所述。上材料层可以是第一材料层的一部分，且可以依次生长第一材料层和上材料层。器件层可以如上所述。该方法还可以包括:平坦化第一材料层的上表面；在第一材料层的平坦化的上表面上生长缓冲层；和在缓冲层上生长上材料层。缓冲层可以如上所述。该方法还可以包括使用带隙大于用于形成上材料层的材料的带隙的材料在第一材料层与上材料层之间生长第一势垒层。在此情形下，该方法还可以包括使用带隙大于用于形成上材料层的材料的带隙的材料在上材料层上生长第二势垒层。第一势垒层可以使用与第一材料层相同的材料或不同的材料生长。第二势垒层可以使用与第一材料层相同的材料或不同的材料生长。第一材料层和上材料层可以使用ニ元、三元或四元II1-V族化合物半导体生长。根据本专利技术的实施方式，具有预定深度的孔形成在Si基板的限定区域中，II1-V族材料从孔的侧表面和Si基板上生长。这样，Si材料与II1-V族材料之间的界面上的缺陷区域可以被限制在孔内側。因此，形成在Si基板上的II1-V族材料的缺陷密度被大大减小。如果调节II1-V族材料的生长条件以在孔中生长的II1-V族材料中形成诸如空隙的空的空间，形成在Si基板上的II1-V族材料的缺陷密度可以进ー步减小。由于在半导体器件中使用具有低的缺陷密度的II1-V族材料(化合物半导体)，所以可以改善半导体器件的特性。附图说明通过结合附图对实施方式的下列描述中，这些和/或其他方面和优点将变得明显且更易于理解，在附图中:图1、2、3 (a)、3 (b)、4和5是用于描述根据本专利技术的实施方式的制造半导体器件的方法的截面图；图6是沿图5中示出的线6-6’截取的截面图；图7是图6的左侧视图；图8是根据本专利技术的另ー实施方式的半导体器件的截面图；图9是示出在根据本专利技术的实施方式的半导体器件的制造方法中的情形的截面图，其中在填充于基板的孔内的第一材料层中形成空的空间；图10是示出在根据本专利技术的实施方式的半导体器件的制造方法中的情形的截面图，其中缓冲层进ー步生长在第一材料层与沟道层(或有源层)之间；以及图11是示出在根据本专利技术的实施方式的半导体器件的制造方法中的情形的截面图，其中第一和第二势垒层进ー步生长在沟道层(或有源层)之上和之下。具体实施例方式现在将详细參考实施方式,其示例在附图中示出，其中相似的附图标记始终指示相似的元件。在这点上，本实施方式可以具有不同的形式且不应被理解为限于这里给出的描述。因此，在下文仅结合附图描述这些实施方式以解释本说明的各个方面。图1至图5是用于描述根据本专利技术的实施方式的半导体器件的制造方法的截面图。參照图1，硬掩模32形成在基板30上。基板30可以为硅(Si)基板。硬掩模32例如可以为Si氧化物掩模。Si氧化物可以是Si02。參照图2，通过去除部分硬掩模32而暴露基板30的部分上表面。然后，如图3(a)所示，通过选择性地蚀刻基板30的上表面的暴露部分，在基板30中形成具有预定深度的孔30h。蚀刻可以是各向异性蚀刻。在形成孔30h之后，如图3 (b)所示，孔30h的底部覆盖以绝缘层35以执行后续エ艺。在此情形下，绝缘层35可以是Si氧化物层。然后，參照图4，第一材料层34形成在硬掩模32上以填充孔30h。第一材料层34可以通过使用外延方法而形成。第一材料层34可以在下述生长条件下形成。例如，第一材料层34可以通过使用金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法生长。在此情形下，第一材料层34可以在约400至约500°C的温度且在约IOOmbar的压カ下在反应腔中生长。例如，可以通过使用例如三甲基镓(TMGa)的镓源和神化三氢(AsH3)或叔丁醇(tertiary-butyl alcohol, TBA)生长砷化镓(GaAs)层。在此情形下,第一材料层34可以生长到约30nm的厚度，生长速度可以保持在约0.05至约0.1 u m/hr。之后，生长温度可以升高至约550至约700°C，生长速度可以升高至约0.3 u m/hr以更快地生长第一材料层34。在上述生长条件下，第一材料层34在水平方向比在竖直方向生长得更快。因此，第一材料层34垂直于孔30h的侧表面生长以填充孔30h，然后在硬掩模32上扩展。在生长第一材料层34时，在垂直于孔30h的侧表面的方向上形成缺陷34A。缺陷34A的密度朝孔30h的底部増加且随着远离孔30h的底部而降低。这样，缺陷34A主要形成在孔30h中且很少形成在孔30h之外的第一材料层34中。为了形成鳍场效应晶体管(FinFET)，第一材料层34可以仅形成在孔30h周围的硬掩模32的部分区域上。为此，在硬掩本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种半导体器件，包括：硅基板，包括孔；硬掩模，在所述基板上围绕所述孔形成；第一材料层，填充在所述孔内并形成在所述硬掩模上；上材料层，形成在所述第一材料层上；和器件层，形成在所述上材料层上，其中所述第一材料层是III?V族材料层。
【技术特征摘要】
2011.10.31 KR 10-2011-01124961.一种半导体器件，包括: 娃基板，包括孔； 硬掩模，在所述基板上围绕所述孔形成； 第一材料层，填充在所述孔内并形成在所述硬掩模上； 上材料层，形成在所述第一材料层上；和 器件层，形成在所述上材料层上， 其中所述第一材料层是II1-V族材料层。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述II1-V族材料层是II1-V族化合物半导体层。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述上材料层是所述第一材料层的一部 分。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述上材料层使用与所述第一材料层相同的材料或不同的材料形成。5.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括形成在所述第一材料层与所述上材料层之间的缓冲层。6.根据权利要求1所述的半导体器件，还包括: 第一势垒层，形成在所述第一材料层与所述上材料层之间；和 第二势垒层，形成在所述上材料层上。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中所述器件层包括鳍场效应晶体管、太阳能电池、发光二极管或激光二极管。8.根据权利要求5所述的半导体器件，其中所述缓冲层使用与所述第一材料层相同的材料或不同的材料形成。9.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第一势垒层和第二势垒层通过使用带隙大于用于形成所述上材料层的材料的带隙的材料形成。10.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述第一势垒层和第二势垒层通过使用与所述第一材料层相同的材料或不同的材料形成。11.根据权利要求1所述的半导体器件，其中填充在所述孔中的所述第一材料层包括空的空间。12.根据权利要求5所述的半导体器件，其中所述器件层包括鳍场效应晶体管、太阳能电池、发光二极管或激光二极管。13.根据权利要求6所述的半导体器件，其中所述器件层包括鳍场效应晶体管、...
【专利技术属性】
技术研发人员：李商文，申在光，曹永真，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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