半導(dǎo)體器件及其制備方法和應(yīng)用
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法和應(yīng)用。
【【背景技術(shù)】】
[0002]微電子信息處理的速度迅速發(fā)展，在硅材料上發(fā)展起來的集成電路已成為發(fā)展電子計(jì)算機(jī)、通信和自動(dòng)控制等信息技術(shù)的關(guān)鍵。隨著信息技術(shù)的日益發(fā)展，對(duì)信息的傳遞速度、儲(chǔ)存能力、處理功能提出更高要求，但Si集成電路受到Si中電子運(yùn)動(dòng)速度的限制，其器件尺寸已逐步趨向極限。如果能在硅芯片中引入光電子技術(shù)，用光波代替電子作為信息載體，則可大大地提高信息傳輸速度和處理能力，使電子計(jì)算機(jī)、通信和顯示等信息技術(shù)發(fā)展到一個(gè)全新的階段。所以要有所突破，實(shí)現(xiàn)光電集成是必由之路。
[0003]從集成電路的光電集成的發(fā)展和研究歷史來看，嘗試了幾個(gè)不同的光電集成的研究路線，如70年代興起的GaAs基微電子和光電子的的集成研究，經(jīng)過二十幾年的努力，由于GaAs基微電子器件的鈍化和成本問題,宣布GaAs基的光電集成失??；80年代初,轟轟烈烈的Si上生長GaAs材料試圖解決光電器件和Si大規(guī)模集成電路集成的瓶頸。然而由于GaAs和Si的固有晶格失配與熱失配問題，使得GaAs激光器中的位錯(cuò)急劇增加，導(dǎo)致激光器壽命較短、整個(gè)電路失效的尷尬；在硅片上實(shí)現(xiàn)Si基光電集成，但由于硅具有間接帶隙，這種間接躍遷的幾率非常小，使硅的發(fā)光效率很低，多年來，為了克服硅材料發(fā)光效率低的問題，實(shí)現(xiàn)硅片上光電子集成，目前尚未有重大突破。
[0004]絕大部分半導(dǎo)體分立元件和集成電路是由硅制造的，大部分發(fā)光器件是由化合物基材料制造的，兩者在各自方面均具有適合的材料物理性能、成熟的工藝和合適的產(chǎn)業(yè)成本。光電集成如果采用硅基材料與GaAs基材料的集成，則具有巨大的優(yōu)勢(shì)。但由于GaAs和Si的固有晶格失配與熱失配問題，使得在后續(xù)器件工作狀態(tài)時(shí)，GaAs系材料中的位錯(cuò)急劇增加，導(dǎo)致器件性能快速下降，工作壽命大幅下降，如何解決兩者間固有的晶格失配和熱應(yīng)力失配問題，成為這種光電集成方式的關(guān)鍵所在。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件能夠解決硅基材料與GaAs基材料晶格適配和熱應(yīng)力適配的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案:
[0007]一種半導(dǎo)體器件，包括:
[0008]??圭基材料基片；
[0009]過渡層，其形成于所述基片上；
[0010]氧化物隔離層，其位于所述過渡層上，其中，所述氧化物隔離層為在所述過渡層之后外延生長的AlAs基化合物材料層，并將所述AlAs基化合物材料層氧化后形成的Al2O3材料層；[0011 ] 種子層，其外延生長在所述AlAs基化合物材料層上，且具有開口區(qū)域；及
[0012]結(jié)構(gòu)層，其外延生長在所述種子層的非開口區(qū)域。
[0013]在一些實(shí)施例中，所述硅基材料為Si或SOI或GeSi中的任意一種。
[0014]在一些實(shí)施例中，所述過渡層為IIIV族化合物材料外延層，所述IIIV族化合物材料外延層的材料為InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一種，所述InGaAlAs基材料體系包括與GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs、InAlAs、AlGaAs、AlAs中的至少一種；所述InGaAlP基材料包括與GaAs材料晶格匹配的InGaP、InAlP, InGaAlP中的至少一種。
[0015]在一些實(shí)施例中，所述種子層為IIIV族化合物材料外延層，所述IIIV族化合物材料外延層的材料為InGaAlAs基材料或InGaAlP基材料中的至少一種，所述InGaAlAs基材料包括與GaAs材料晶格匹配的InGaAs、GaAs> AlGaAs> AlAs中的至少一種；所述InGaAlP基材料包括與GaAs材料晶格匹配的InGaP、InAlP, InGaAlP中的至少一種。
[0016]在一些實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)層為InGaAlP/GaAs 基、AlGaAs/GaAs 基、InGaAs/GaAs基、AlGaAs/GaAs基、InGaAs/GaAs基的外延結(jié)構(gòu)或其組合。
[0017]在一些實(shí)施例中，所述氧化物隔離層的厚度為5nm?2000nm。
[0018]在一些實(shí)施例中，所述AlAs基化合物為InGaAlAs,其中Al組分高于0.90。
[0019]在一些實(shí)施例中，所述AlAs基化合物為InGaAlAs,其中Al組分高于0.98。
[0020]在一些實(shí)施例中，所述Al2O3材料層包括In或Ga中的至少一種元素。
[0021]在一些實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件制備于所述基片全部或部分表面。
[0022]另外，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括下述步驟:
[0023]提供一??圭基材料基片；
[0024]在所述基片全部或部分表面外延生長過渡層；
[0025]在所述過渡層外延生長AlAs基化合物材料層；
[0026]在所述AlAs基化合物材料層上外延生長種子層，
[0027]在所述種子層上形成開口區(qū)域；
[0028]通過氧化工藝，將所述AlAs基化合物材料層轉(zhuǎn)變形成Al2O3材料層，形成氧化物隔尚層;
[0029]由所述種子層的非開口區(qū)域開始外延生長形成結(jié)構(gòu)層。
[0030]所述種子層的開口區(qū)域最小寬度大于0.lum。
[0031]另外，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括下述步驟:
[0032]提供一??圭基材料基片；
[0033]在硅基材料基片表面淀積生長掩膜層，形成掩膜圖形；
[0034]由所述基片表面開始外延生長過渡層；
[0035]在所述過渡層外延生長AlAs基化合物材料層；
[0036]在所述AlAs基化合物材料層上外延生長種子層；
[0037]在所述種子層上外延生長形成結(jié)構(gòu)層；
[0038]在所述結(jié)構(gòu)層上形成開口區(qū)域，開口區(qū)域深度至少暴露至AlAs基外延層；
[0039]通過氧化工藝，將所述AlAs基化合物材料層轉(zhuǎn)變形成Al2O3材料層，形成氧化物隔罔層。
[0040]在一些實(shí)施例中，所述掩膜層的材料包括但不限于Si02、T12, A1203、Ti3O5, ZrO2,Ta205、SiN、A1N、鑰、鎳、鉭、鉬、鈦、鎢、鉻中的一種或多種的組合。
[0041]在一些實(shí)施例中，所述掩膜層的開口區(qū)域最小寬度大于0.lum，所述掩膜圖形寬度大于0.lum。
[0042]在一些實(shí)施例中，所述掩膜層的制備方法包括但不限于蒸發(fā)、化學(xué)氣相淀積、濺射、原子層淀積、氧化。
[0043]此外，本發(fā)明還提供了一種半導(dǎo)體器件在集成電路中的應(yīng)用。
[0044]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果在于:
[0045]本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件包括依次形成的硅基材料基片、過渡層、氧化物隔離層、種子層及結(jié)構(gòu)層，其中，種子層具有開口區(qū)域，所述結(jié)構(gòu)層由所述種子層的非開口區(qū)域外延生長形成，所述氧化物隔離層為在所述過渡層外延生長的AlAs基化合物材料層，并在外延生長種子層后，利用器件工藝形成開口區(qū)，通過開口區(qū)，利用氧化工藝將所述AlAs基化合物材料層轉(zhuǎn)變形成Al2O3材料層。本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件，通過在硅基襯底與GaAS系材料之間建立Al2O3層，從而構(gòu)建了硅基襯底與GaAS系材料之間的晶格失配產(chǎn)生應(yīng)力的緩沖層，相對(duì)于硅襯底上氧化形成的致密性較高的S12，該Al2O3緩沖層比較疏松，這樣，該半導(dǎo)體器件在工作時(shí)，硅基襯底與GaAS系材料兩者晶格失配與熱失配問題產(chǎn)生的大的應(yīng)力問題得到良好隔離，半導(dǎo)體器件工作壽命延長。
【【附圖說明】】
[0046]圖1為本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖2為本發(fā)明提供的制備半導(dǎo)體器件的步驟流程圖；
[0048]圖3為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖4為本發(fā)明另一實(shí)施例提供的制備半導(dǎo)體器件的步驟流程圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0050]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0051]在申請(qǐng)文件中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個(gè)實(shí)體或者操作與另一個(gè)實(shí)體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實(shí)體或操作之間存在任何這種實(shí)際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個(gè)……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設(shè)備中還存在另外的相同