包括超晶格与不同的非半导体材料单层的半导体器件和相关方法与流程

1.本公开内容大体上涉及半导体器件，并且更特别地涉及具有增强半导体材料的半导体器件和相关方法。
2.背景
3.提出了结构和技术来增强半导体器件的性能，例如通过增强载流子的迁移率。例如，currie等人的美国专利申请号2003/0057416公开了硅、硅-锗和弛豫硅的应变材料层并且应变材料层还包括无杂质区域(否则将引起性能劣化)。在上部硅层中产生的双轴应变改变载流子迁移率，使较高速度和/或较低功率的器件成为可能。fitzgerald等人已公布的美国专利申请号2003/0034529公开了也基于类似应变硅技术的cmos逆变器。
4.takagi的美国专利号6,472,685 b2公开了半导体器件，其包括夹在硅层之间的硅和碳层，使得第二硅层的导带和价带接收拉伸应变。具有较小有效质量并由施加至栅极的电场引起的电子被限制在第二硅层中，因此声称n-通道mosfet具有较高的迁移率。
5.ishibashi等人的美国专利号4,937,204公开了超晶格，其中交替和外延生长多个层(小于八个单层)，并且含有分数(fractional)或二元或二元化合物半导体层。主电流的方向与超晶格的层垂直。
6.wang等人的美国专利号5,357,119公开了通过在超晶格中减小合金散射而实现的具有较高迁移率的si-ge短周期超晶格。按照这些方法，candelaria的美国专利号5,683,934公开了包括通道层的增强迁移率mosfet，所述通道层包含硅与第二材料的合金，第二材料以将通道层置于拉伸应力下的百分比置换存在于硅晶格中。
7.tsu的美国专利号5,216,262公开了量子井结构，其包含两个阻隔体区域和夹在阻隔体之间的薄的外延生长半导体层。每个阻隔体区域由sio2/si的交替层组成，具有通常在2至6个单层的范围内的厚度。在阻隔体之间夹着硅的厚得多的部分。
8.也是tsu的题目为“phenomena in silicon nanostructure devices”并在2000年9月6日由applied physics and materials science&processing第391-402页在线公布的文章公开了硅和氧的半导体-原子超晶格(sas)。公开si/o超晶格可用在硅量子和发光器件中。特别地，构造并测试了绿色电致发光二极管结构。二极管结构中的电流是竖直的，即与sas的层垂直。公开的sas可包括由吸附物质例如氧原子和co分子分开的半导体层。将超过吸附的氧单层的硅生长描述为具有相当低的缺陷密度的外延。一种sas结构包括1.1nm厚的硅部分(其为约八个原子层的硅)，且另一种结构具有两倍的这个硅厚度。在physical review letters，第89卷，第7期(2002年8月12日)中公布的luo等人题目为“chemical design of direct-gap light-emitting silicon”的文章还讨论了tsu的发光sas结构。
9.wang等人的美国专利号7,105,895公开了薄硅和氧、碳、氮、磷、锑、砷或氢的阻隔结构单元，由此将竖直流过晶格的电流减小大于四个数量级。绝缘层/阻隔层允许紧挨着绝缘层沉积低缺陷的外延硅。
10.mears等人已公布的英国专利申请2,347,520公开了非周期光子带隙(apbg)结构
的原理可适用于电子带隙工程学。特别地，该申请公开了可调整材料参数例如能带最小值位置、有效质量等从而产生具有期望带结构特性的新的非周期材料。公开了其它参数例如电导率、热导率和电介常数或磁导率也能够被设计在材料中。
11.此外，wang等人的美国专利号6,376,337公开了用于生产半导体器件的绝缘或阻隔层的方法，其包括沉积硅和至少一种另外的元素的层在硅衬底上，由此沉积层基本上没有缺陷使得可将基本上没有缺陷的外延的硅沉积在沉积层上。或者，一种或多种元素的单层(优选包含氧)吸附在硅衬底上。夹在外延的硅之间的多个绝缘层形成阻隔复合材料。
12.尽管存在这样的途径，但是对于在半导体器件中使用先进半导体材料和加工技术来实现改进的性能而言进一步的增强可为期望的。
13.概述
14.半导体器件可包括半导体衬底和在所述半导体衬底上并包括多个堆叠的层组的超晶格。所述超晶格的每个层组可包括限定了基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，和被约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。第一至少一个非半导体单层可被约束在第一对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含第一非半导体材料，且第二至少一个非半导体单层可被约束在第二对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一非半导体材料的第二非半导体材料。
15.通过实例的方式，所述第一非半导体材料可包含氧和氮，和所述第二非半导体材料可包含碳和氧中至少一者。在一个示例实施方案中，第三至少一个非半导体单层可被约束在第三对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一和第二非半导体材料的第三非半导体材料。
16.在示例实施方式中，所述第一非半导体材料可包含氮，和在所述超晶格中所述第一至少一个非半导体单层可所述在第二至少一个非半导体单层上方。按照另一实例，在所述第一至少一个非半导体单层和所述第二至少一个非半导体单层之间的基础半导体部分可包含碳掺杂剂。所述基础半导体单层可包含例如硅。所述半导体器件还可包括间隔开的源极和漏极区域从而限定所述超晶格内的通道，并且包括覆盖所述通道的栅极。
17.制备半导体器件的方法可包括在半导体衬底上形成超晶格并包括多个堆叠的层组。所述超晶格的每个层组可包括限定了基础半导体部分的多个堆叠的基础半导体单层，和被约束在相邻的基础半导体部分的晶格内的至少一个非半导体单层。第一至少一个非半导体单层可被约束在第一对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含第一非半导体材料，且第二至少一个非半导体单层可被约束在第二对相邻的基础半导体部分的晶格内并包含不同于所述第一非半导体材料的第二非半导体材料。
18.通过实例的方式，所述第一非半导体材料可包含氧和氮，和所述第二非半导体材料可包含碳和氧中至少一者。在一个示例实施方案中，第三至少一个非半导体单层可被约束在包含不同于所述第一和第二非半导体材料的第三非半导体材料的第三对相邻的基础半导体部分的晶格内。
19.在示例实施方式中，所述第一非半导体材料可包含氮，和在所述超晶格中第一至少一个非半导体单层可在所述第二至少一个非半导体单层上方。按照另一实例，在所述第一至少一个非半导体单层和所述第二至少一个非半导体单层之间的基础半导体部分可包含碳掺杂剂。所述基础半导体单层可包含例如硅。在示例实施方案中，所述方法还可包括形
成间隔开的源极和漏极区域从而限定所述超晶格内的通道，并且形成覆盖所述通道的栅极。
20.附图简要描述
21.图1是用于在按照示例实施方案的半导体器件中使用的超晶格的大幅放大的示意横截面图。
22.图2是图1中显示的超晶格的一部分的透视示意原子图。
23.图3是按照示例实施方案的超晶格的另一实施方案的大幅放大的示意横截面图。
24.图4a是由现有技术中的大块硅和如图1-2中显示的4/1si/o超晶格的γ点(g)计算的带结构图。
25.图4b是由现有技术中的大块硅和如图1-2中显示的4/1si/o超晶格的z点计算的带结构图。
26.图4c是由现有技术中的大块硅和如图3中显示的5/1/3/1si/o超晶格的γ点和z点计算的带结构图。
27.图5-9是其中具有不同非半导体材料层的超晶格的不同示例实施方案的示意横截面图。
28.图10是说明按照示例实施方案的制备包括图5-9的任一超晶格的半导体器件的方法的流程图。
29.图11是可按照图10的方法制造的示例半导体器件的示意横截面图。
30.详细描述
31.现在将在下文中参考其中显示了示例实施方案的附图更完整地描述示例实施方案。然而，实施方案可以许多不同的形式实施并且不应被解释为限制于本文列出的具体实施例。相反，提供这些实施方案使得本公开内容将是全面和完整的。相同的数字始终指代相同的要素，并且使用撇号和多撇号来表示不同实施方案中的类似要素。
32.一般来说，本公开内容涉及在源极和漏极区域内使用增强超晶格材料以减小肖特基势垒高度并由此降低源极和漏极接触电阻。增强半导体超晶格在本公开内容和附图中还称作“mst”层或“mst技术”。
33.更特别地，mst技术涉及先进半导体材料例如以下进一步描述的超晶格25。申请人从理论上说明(不希望受束缚于此)：如本文描述的一些超晶格减小载流子的有效质量并且这由此导致较高的载流子迁移率。使用文献中的各种定义来描述有效质量。作为有效质量改进的量度，申请人对于电子和空穴分别使用“传导率倒易有效质量张量”和定义如下：
[0034][0035]
对于电子和：
[0036][0037]
对于空穴，其中f是费米-狄拉克分布，ef是费米能，t是温度，e(k,n)是在对应于波矢量k和第n能带的状态下电子的能量，指数i和j是指笛卡尔坐标x、y和z，在布里渊区(b.z.)内进行积分，并且在能量分别大于和小于电子和空穴的费米能的能带内求和。
[0038]
申请人对传导率倒易有效质量张量的定义是这样的，材料的传导率的张量分量越大，传导率倒易有效质量张量的相应分量的值越大。再次，申请人从理论上说明(但不希望束缚于此)本文描述的超晶格确立了传导率倒易有效质量张量的值从而增强材料的传导性质，例如典型地用于载流子传输的优选方向。适当张量要素的倒数被称作传导率有效质量。换句话说，为了表征半导体材料结构，使用如以上描述并在预期的载流子传输方向上计算的电子/空穴的传导率有效质量来区分改进的材料。
[0039]
申请人确认了用于在半导体器件中使用的改进材料或结构。更特别地，申请人确认了具有能带结构的材料或结构，对于该能带结构而言电子和/或空穴的适当传导率有效质量显著小于硅的相应值。除了这些结构的增强的迁移率特性之外，它们还可以以这样的方式形成或使用：使得它们提供压电、热电和/或铁电性质，这些性质有利于在各种不同类型的器件中使用，如将在下面进一步讨论。
[0040]
现在参考图1和2，材料或结构处于超晶格25的形式，它的结构被控制在原子或分子水平并可使用原子或分子层沉积的已知技术形成。超晶格25包括以堆叠关系布置的多个层组45a-45n，如具体参考图1的示意横截面图可能最好理解。
[0041]
超晶格25的每个层组45a-45n说明性地包括多个堆叠的基础半导体单层46(限定各自的基础半导体部分46a-46n)和在其上的能带改性层50。为了清楚地说明，能带改性层50在图1中由点画表示。
[0042]
能带改性层50说明性地包括被约束在相邻基础半导体部分的晶格内的一个非半导体单层。通过“被约束在相邻基础半导体部分的晶格内”意味着来自相对的基础半导体部分46a-46n的至少一些半导体原子通过它们之间的非半导体单层50化学结合在一起，如图2中所示。一般来说，通过以下使这种构造成为可能：控制通过原子层沉积技术沉积在半导体部分46a-46n上的非半导体材料的量，使得不是所有的(即小于全部或100％覆盖率)的可用的半导体结合位点被与非半导体原子的结合填充(polulate)，如将在以下进一步讨论。因此，随着半导体材料的另外的单层46沉积在非半导体单层50上或上方，新沉积的半导体原子将填充在非半导体单层下方的半导体原子的剩余空缺结合位点。
[0043]
在其它实施方案中，多于一个这样的非半导体单层可为可能的。应注意本文提到非半导体或半导体单层意指用于该单层的材料如果以大块形成则是非半导体或半导体。即，材料例如硅的单个单层可不必表现出与如果其以大块或相对厚的层形成时会表现的相同性质，如本领域技术人员将理解的那样。
[0044]
申请人从理论上说明(不希望受束缚于此)：能带改性层50和相邻的基础半导体部分46a-46n引起超晶格25具有在平行层方向上比其它方式会存在的更低的适合于载流子的
传导率有效质量。以另一种方式考虑，这种平行方向与堆叠方向正交。能带改性层50还可引起超晶格25具有常见能带结构，其同时还有利地充当在超晶格上方和下方竖直的区域或层之间的绝缘体。
[0045]
此外，这种超晶格结构还可有利地充当在超晶格25上方和下方竖直的层之间对掺杂剂和/或材料扩散的阻隔。这些性质因此可有利地使超晶格25提供高k-电介质的界面，其不仅减小高k-材料扩散进入通道区域中，还可有利地减小不需要的散射效应并改进器件迁移率，如本领域技术人员将理解的那样。
[0046]
还从理论上说明：包括超晶格25的半导体器件可享有基于比其它方式会存在的更低传导率有效质量的更高载流子迁移率。在一些实施方案中，并且作为由本发明实现的能带工程学的结果，超晶格25还可具有可特别有利于例如光电子器件的基本上直接的能带隙。
[0047]
超晶格25还说明性地包括在上层组45n上的盖层52。盖层52可包含多个基础半导体单层46。盖层52可具有在2至100个之间的基础半导体单层，和更优选在10至50个之间的单层。
[0048]
每个基础半导体部分46a-46n可包含选自以下组的基础半导体：第iv族半导体、第iii-v族半导体和第ii-vi族半导体。当然，术语第iv族半导体还包括第iv-iv族半导体，如本领域技术人员将理解的那样。更特别地，基础半导体可包含例如硅和锗中的至少一种。
[0049]
每个能带改性层50例如可包含选自以下的非半导体：氧、氮、氟、碳和碳-氧。非半导体通过下一层的沉积还期望是热稳定的从而便于制造。在其它实施方案中，非半导体可为如本领域技术人员将理解的那样与给出的半导体加工相容的另一种无机或有机元素或化合物。更特别地，基础半导体可包含例如硅和锗中的至少一种。
[0050]
应注意术语单层意味着包括单个原子层并且还包括单个分子层。还注意由单个单层提供的能带改性层50还意味着包括其中不是所有的可能位点都被占据(即存在小于全部或100％覆盖率)的单层。例如，特别参考图2的原子图，说明了硅作为基础半导体材料和氧作为能带改变材料的4/1重复结构。在说明的示例中对于氧而言仅一半的可能位点被占据。
[0051]
在其它实施方案中和/或使用不同的材料，如本领域技术人员将理解的那样，这一半的占据不一定如此。确实，甚至可在这个示意图中看出在给定单层中的氧的单个原子没有沿着平坦平面精确对齐，如原子沉积领域中的技术人员还将理解的那样。通过示例的方式，优选的占据范围是从约八分之一至二分之一的全部可能的氧位点，但是可在一些实施方案中使用其它数量。
[0052]
硅和氧目前广泛使用在常规半导体加工中，并因此制造者将容易能够使用如本文描述的这些材料。现在还广泛使用原子或单层沉积。因此，如本领域技术人员将理解的那样，可容易采用和实施按照本发明包括超晶格25的半导体器件。
[0053]
申请人从理论上说明(不希望受束缚于此)：对于超晶格例如si/o超晶格，例如，硅单层数应期望为七或更小，使得超晶格的能带自始至终是普通的或相对均匀的从而实现期望的优点。对于si/o在图1和2中显示的4/1重复结构已被建模以表明在x方向上电子和空穴的增强迁移率。例如，对于电子(对于大块硅各向同性)而言计算的传导率有效质量为0.26并且对于4/1sio超晶格而言在x方向上其为0.12，从而导致比率为0.46。类似地，对于空穴的计算产生对于大块硅而言值为0.36和对于4/1si/o超晶格而言值为0.16，从而导致比率
为0.44。
[0054]
虽然可在一些半导体器件中期望这样的方向优先特征，但是其它器件可受益于在平行于层组的任何方向上迁移率更均匀的提高。如本领域技术人员将理解的那样，还可有益的是对于电子和空穴两者或这些类型的载流子中仅一种而言具有提高的迁移率。
[0055]
对于超晶格25的4/1si/o实施方案而言较低的传导率有效质量可小于以其它方式将出现的传导率有效质量的三分之二，并且这适用于电子和空穴两者。当然，超晶格25还可在其中包含至少一种类型的传导率掺杂剂，如本领域技术人员还将理解的那样。
[0056]
实际上，现在另外参考图3，现在描述按照本发明具有不同性质的超晶格25’的另一实施方案。在这个实施方案中，说明3/1/5/1的重复模式。更特别地，最下面的基础半导体部分46a’具有三个单层且第二下面的基础半导体部分46b’具有五个单层。这种模式在整个超晶格25'中重复。能带改性层50’可每个包括单个单层。对于这样的包括si/o的超晶格25’，载流子迁移率的增强独立于在层平面中的取向。图3没有具体提到的那些其它要素类似于以上参考图1讨论的那些并且不需要在此进一步讨论。
[0057]
在一些器件实施方案中，超晶格的全部基础半导体部分可为相同数量的单层厚。在其它实施方案中，基础半导体部分中的至少一些可为不同数量的单层厚。仍然在其它实施方案中，所有基础半导体部分可为不同数量的单层厚。
[0058]
在图4a-4c中，呈现使用密度泛函理论(dft)计算的带结构。在本领域公知的是dft低估了带隙的绝对值。因此可通过适当的“剪刀校正(scissors correction)”使大于带隙的所有带偏移。然而，已知带的形状可靠得多。应在这个方面解释竖直能量轴。
[0059]
图4a显示由图1中显示的4/1si/o超晶格25(由点线表示)和大块硅(由连续线表示)的γ点(g)计算的带结构。方向涉及4/1si/o结构的晶胞并且不涉及si的常规晶胞，但是图中的(001)方向确实对应于si的常规晶胞的(001)方向，并因此显示si导带最小值的预期位置。图中的(100)和(010)方向对应于常规si晶胞的(110)和(-110)方向。本领域技术人员将理解图中的si带被折叠以表示它们在对于4/1si/o结构的适当的倒易晶格方向上。
[0060]
可看出与大块硅(si)相比4/1si/o结构的导带最小值位于γ点，然而价带最小值出现在(001)方向上布里渊区的边缘处，我们称之为z点。由于由额外的氧层引入的扰动所致的带分裂，还可注意与si的导带最小值的曲率相比4/1si/o结构的导带最小值的曲率更大。
[0061]
图4b显示由大块硅(连续线)和4/1si/o超晶格25(点线)的z点计算的带结构。这个图说明在(100)方向上价带的曲率提高。
[0062]
图4c显示由图3的超晶格25’的5/1/3/1si/o结构(点线)和大块硅(连续线)的γ和z点两者计算的带结构。由于5/1/3/1si/o结构的对称性，在(100)和(010)方向上计算的带结构是等同的。因此，预期在平行于层即与(001)堆叠方向垂直的平面内传导率有效质量和迁移率是各向同性的。注意到在5/1/3/1si/o示例中导带最小值和价带最大值都在z点处或接近z点。
[0063]
虽然提高的曲率是减小的有效质量的表示，但是可通过传导率倒易有效质量张量计算进行适当的比较和鉴别。这导致申请人进一步从理论上说明5/1/3/1超晶格25’应是基本上直接的带隙。如本领域技术人员将理解的，用于光学转变的适当矩阵要素是直接和间接带隙行为之间区别的另一指标。
[0064]
转向图5-9，现在描述其它示例超晶格结构，其将不同类型的非半导体材料并入不同的非半导体单层50中。通过背景的方式，weeks等人的共同未决的美国申请号16/176,005(其归属本技术人并在这里通过引用全部并入本文)教导使用以上描述的mst材料作为氮吸收层的途径。通过在外延沉积之后将氮扩散至mst膜单层中，这允许更大的氮最终投配量以例如促进掺杂剂阻挡和迁移率增强。
[0065]
虽然这个途径在许多应用中因此是有利的，但是这个途径的一个特征是注入mst吸收层的氮可穿透所有非半导体单层50，这在si/o超晶格的情况下意味着每个非半导体单层将包括氧和氮两者。在一些情况下，可希望不仅吸收超晶格25内的氮，而且将其限制在超晶格的一些部分或区域。这可例如通过将另一非半导体材料例如碳引入氮被限制的区域以下的一个或多个非半导体单层50或基础硅部分46a-46n来完成。
[0066]
更特别地，在图5显示的实例中，超晶格125在半导体(例如硅)衬底121(其可为图案化的或未图案化的)上形成，并且超晶格说明性地以堆叠顺序包括一个(或多个)氧单层150a、包括碳掺杂剂的基础硅部分146a、一个(或多个)另一氧单层150b、没有碳掺杂剂的基础硅部分146b、一个(或多个)另一氧单层150c和包括碳掺杂剂的另一基础硅部分146c。基础硅部分146c中的碳有利地帮助阻挡或屏蔽氮53向下扩散到单层150a-150c中。
[0067]
更特别地，在n2中退火期间，氮153被基础硅部分146c中的碳阻挡进入下部氧单层150a-150c。这导致大部分或全部的氮被捕获在上部mst间隔体和插入的mst氧层中。总的吸收氮将等于在没有碳屏蔽的情况下会均匀地分布在整个超晶格125堆叠体上的总量。
[0068]
这样，堆叠体中接下来的三个非半导体单层150d-150f(在其间具有基础硅部分146d和146e)包括氧和氮。硅盖层152在上部非半导体层150f上形成，且在氮化物(sin)层154终止。所说明的实例包括六个非半导体单层150a-150f(在最终的注入碳的硅基础部分146c上方有三个)，其中碳也帮助稳定/阻止氧损失，尽管可在不同的实施方案中使用不同数量的半导体基础部分和非半导体单层。
[0069]
为了更大的氮增强，在一些实施方案中，可在碳下方包括更多数量的氧单层。结果是从表面抽出的总氮153’将全部堆积在碳上方的最顶部的氧单层中。如本领域技术人员将理解的，这可用于形成氧氮化硅层或更多量子机械操纵(mechanical manipulation)，这取决于在上部无碳的基础硅部分中堆积的氮153’的程度。
[0070]
另外参考图6的超晶格125’，显示类似的构造，其中所有三个下部硅基础部分146a
’‑
146c’包括碳。上部硅基础部分146d
’‑
146e’没有碳，并且氧单层150d
’‑
150f’将接收全部吸收的氮153’投配量。表面氮153’经历整个超晶格125’堆叠中所有氧的全部潜力，但是通过硅基础部分146a
’‑
146c’中的碳与下部氧单层150a
’‑
150c’隔开。在另一示例实施方案中，如果需要，仅基础硅部分146c’可包括碳(即不是基础硅部分146a
’‑
146b’)。
[0071]
现在参考图7描述超晶格225的又一示例实施方案，其包括衬底221、非半导体(例如氧)单层250a-250f、基础半导体(例如硅)部分246a-246e、半导体(例如硅)盖层252和氮化物(例如sin)层254，与以上讨论的实施方案类似。然而，在所说明的构造中，硅基础部分246a-246e中没有一个包括碳掺杂剂。相反，在氧单层250c插入步骤期间投配碳源气体，使得该一个(或多个)单层包括碳和氧原子两者。
[0072]
应注意在不同的实施方案中，碳可共同投配，在氧之后或在氧之前投配。因此，在本实例中，用于阻挡氮253扩散到下部氧单层250a、250b中的碳与氧一起存在于一个(或多
个)单层250c中而不是与任何硅基础部分246a-246e一起。本实例仅说明一个(或多个)具有碳的中间氧单层250c，但是在不同的实施方案中，其它氧单层也可具有碳，以提供氮253至上部两个氧单层250e、250f和基础硅部分246d、246e的甚至更大的限制。即，会以其它方式分布在六个氧单层250a-250f上的氮253的投配量的全部或基本全部可替代地被限制到上部两个氧单层250e、250f。图8中说明一个这样的示例超晶格225’，其中所有三个底部氧单层250a
’‑
250c’具有插入其中的碳原子。
[0073]
在图9中说明的超晶格325的又一示例实施方案中，碳可被插入到基础硅部分以及氧单层中。在说明的实例中，超晶格325包括衬底321、非半导体(例如氧)单层350a-350f、基础半导体(例如硅)部分346a-346e、半导体(例如硅)盖层352和氮化物(例如sin)层354，与以上讨论的实施方案类似。然而，全部下部氧单层350a-350d和基础硅部分346a-346c添加有碳，用于更大地限制氮353至上部两个氧单层350e、350f和基础硅部分346d、346e。
[0074]
转向图10的流程图400和图11，现在描述制备包括如以上列出的超晶格425的半导体器件420的示例方法。在图块401开始，可进行mst超晶格模块(图块402)以在半导体衬底421上形成基础mst结构，其中在一个或多个基础半导体(例如硅)部分和/或非半导体(例如氧)单层内注入或沉积阻挡材料(例如碳)，如以上讨论的那样。如果在氧单层插入期间加入碳，它可为1e15个原子/cm2投配量/插入物(或更少)，和更特别地例如大约2.5e14个原子/cm2/插入物的量级。
[0075]
如果在形成基础半导体部分期间添加碳，则在每个基础硅部分中的浓度例如可在0.01至10原子百分比之间，并且更特别地在0.1和2原子百分比之间。碳源气体可在基础硅层的化学气相沉积工艺期间与硅前体一起添加。示例气态碳源包括例如丙烯(propene)(丙烯(propylene)c3h6)、环丙烷(c3h6)和甲基硅烷(sih3ch3)。另一途径是仅将碳注入到下部基础硅部分中，并且使上部基础硅部分没有碳投配量。
[0076]
如以上指出，在mst模块402中形成超晶格结构之后，可在器件模块403期间进行额外的加工步骤以产生半导体器件420，其在本实例中是平面mosfet。然而，本领域技术人员将理解本文确定的材料和技术可用于许多不同类型的半导体器件，例如离散器件和/或集成电路。所说明的mosfet 420包括衬底421、源极/漏极区域422、423，源极/漏极延伸部426、427和其间由超晶格425提供的通道区域。源极/漏极硅化物层430、431和源极/漏极接触部432、433覆盖源极/漏极区域，如本领域技术人员将理解的。由虚线434、435表示的区域是最初与超晶格425一起形成的任选残留部分，但此后被重度掺杂。在其它实施方案中，可不存在这些残留超晶格区域434、435，这也是本领域技术人员所理解的。栅极435说明性地包括与由超晶格425提供的通道相邻的栅极绝缘层437，和在栅极绝缘层上的栅电极层436。还在说明的mosfet 420中提供侧壁间隔体440、441。
[0077]
因此，上述技术允许在使用碳的n2退火期间，在氧单层和/或基础硅部分中，将最靠近衬底的一些基础半导体层和非半导体单层与从表面吸引氧的氮隔离。另一方面，在氮环境中退火无碳的氢封端mst超晶格导致在整个mst堆叠中均匀分布的氮。
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换句话说，本途径利用碳来阻挡/隔离一些或全部氮投配至上部未阻挡的已插入氧单层。这可有利地增加上部未阻挡的超晶格层中的总氮含量。例如，显示了具有1.58e15个原子/cm2的七层mst超晶格堆叠产生足够的驱动力从而在900℃n2退火期间吸引0.5e15个原子/cm2氮。通过在一些下部氧单层和/或基础硅部分中添加碳，申请人从理论上说明(不
希望受束缚于此)：在n2退火工艺期间被吸收的氮将经历来自全部七个单层/基础硅部分的集合中的所有氧的全部吸引力，但是由于下部mst层中的碳阻挡原子，氮将被限制到没有碳的上部mst层。对于七层实例，如果下部四个氧单层和/或基础硅部分是碳掺杂的，则氮将被限制到上部三个氧单层和/或基础硅部分，这将导致它们接收另外将分布在整个七层上的总投配量。
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关于迁移率增强(例如在mosfet晶体管的通道中)，由于正好接近表面的氮更高，局部增强可更大。对于绝缘体上硅(soi)应用，目标可为在几个没有碳的mst超晶格层下方具有足够的具有碳的mst超晶格层，使得没有碳的层由于增加的氮含量而可变成绝缘。
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受益于前述描述和有关附图所呈现的教导的本领域技术人员将想到本发明的许多修改和其它实施方案。因此，应理解本发明不限于所公开的具体实施方案，并且意图将修改和实施方案包括在所附权利要求的范围内。