Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht oder -struktur
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht oder -struktur. Es wurde eine Hetero-Integration von unterschiedlichen Halbleitermaterialien entwickelt, um die Leistungsfähigkeit von integrierten Schaltkreisbauelementen zu verbessern. Die Hetero-Integration kann jedoch aufgrund mechanischer Spannung, die durch Gitterfehlanpassung induziert wird, zu Versetzungsdefekten führen und verbessert die Leistungsfähigkeit möglicherweise nicht. Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung von Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht und einer Halbleiterstruktur zugrunde, durch die Schwierigkeiten des Standes der Technik, wie vorstehend erwähnt, reduziert oder vermieden werden können. Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung eines Verfahrens zum Bilden einer Halbleiterstruktur mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder 8 sowie eines Verfahrens zum Bilden einer Halbleiterschicht mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. Ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung kann ein Bilden einer Oxidschicht auf einem Substrat, ein Bilden einer Vertiefung in der Oxidschicht und dem Substrat sowie ein Bilden einer epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur in der Vertiefung beinhalten, die sich an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat mit einer Seitenwand des Substrats in Kontakt befinden kann und eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definieren kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur ein epitaxiales Aufwachsen einer unteren Halbleiterstruktur, welche die Oberseite des Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definiert, wobei die Seitenwand des Substrats an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat als eine erste Kristallkeimschicht verwendet wird, sowie ein epitaxiales Aufwachsen einer oberen Halbleiterstruktur in der Vertiefung unter Verwendung der unteren Halbleiterstruktur als einer zweiten Kristallkeimschicht beinhalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die untere Halbleiterstruktur ein Material beinhalten, das sich von demjenigen der oberen Halbleiterstruktur unterscheidet. Die untere Halbleiterstruktur kann Siliciumgermanium (SiGe) beinhalten, und die obere Halbleiterstruktur kann Germanium (Ge) beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht beinhalten, die sich zwischen der Oxidschicht und der ersten Halbleiterschicht erstreckt. Die zweite Halbleiterschicht kann Germanium (Ge), Siliciumgermanium (Si-Ge), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder eine III-V-Verbindung beinhalten, und die epitaxial aufgewachsene Halbleiterstruktur kann sich in Kontakt mit einer Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht befinden. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der zweiten Halbleiterschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Vertiefung ein Bilden eines unteren Teils der Vertiefung in dem Substrat mit einem Aspektverhältnis von größer als 3 beinhalten, so dass der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Vertiefung ein Bilden eines oberen Teils der Vertiefung durch die Oxidschicht hindurch mit einem Aspektverhältnis von größer als 1 beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren des Weiteren ein Implantieren von Sauerstoffionen in das Substrat hinein beinhalten, um einen isolierenden Bereich unter der Vertiefung zu bilden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ein Verbreitern eines Teils der Vertiefung in dem Substrat an der Grenzfläche des Substrats und der Oxidschicht beinhalten, um einen Hinterschneidungsbereich zu bilden. Ein Verfahren zum Bilden einer fin-förmigen Halbleiterstruktur kann ein Bilden einer Oxidschicht auf einem Substrat, ein Bilden einer Vertiefung durch die Oxidschicht hindurch und in dem Substrat sowie ein Durchführen eines ersten epitaxialen Wachstumsprozesses beinhalten, um eine überhängende Kristallkeimschicht in der Vertiefung zu bilden, wobei eine Seitenwand des Substrats an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat als eine erste Kristallkeimschicht verwendet wird. Die überhängende Kristallkeimschicht kann eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung definieren. Das Verfahren kann außerdem ein Durchführen eines zweiten epitaxialen Wachstumsprozesses, um eine Halbleiterstruktur in der Vertiefung zu bilden, wobei die überhängende Kristallkeimschicht als eine zweite Kristallkeimschicht verwendet wird, sowie ein Vertiefen der Oxidschicht beinhalten, um mittels Freilegen eines oberen Teils der Halbleiterstruktur eine fin-förmige Halbleiterstruktur zu bilden. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Durchführen des ersten epitaxialen Wachstumsprozesses des Weiteren ein Bilden einer unteren Kristallkeimstruktur auf einem Boden der Vertiefung beinhalten. Die überhängende Kristallkeimschicht kann von der unteren Kristallkeimstruktur isoliert sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht beinhalten, die sich zwischen der Oxidschicht und der ersten Halbleiterschicht erstreckt. Die zweite Halbleiterschicht kann Germanium (Ge), Siliciumgermanium (Si-Ge), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder eine III-V-Verbindung beinhalten, und die Vertiefung kann eine Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht freilegen, welche die erste Kristallkeimschicht beinhaltet. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der zweiten Halbleiterschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren des Weiteren ein Durchführen eines Wärmebehandlungsprozesses zwischen dem Durchführen des ersten und des zweiten epitaxialen Wachstumsprozesses beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Vertiefung ein Bilden eines unteren Teils der Vertiefung in dem Substrat mit einem Aspektverhältnis von größer als 3 beinhalten, so dass der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Vertiefung ein Bilden eines oberen Teils der Vertiefung durch die Oxidschicht hindurch mit einem Aspektverhältnis von größer als 1 beinhalten. Ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht kann ein sequentielles Bilden einer Halbleiterkristallkeimschicht und einer Oxidschicht auf dem Substrat sowie ein Bilden einer Mehrzahl von Vertiefungen in der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht beinhalten. Das Verfahren kann außerdem ein epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von Halbleiterstrukturen in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen beinhalten, wobei Teile von Seitenwänden der Halbleiterkristallkeimschicht an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht als Kristallkeimschichten verwendet werden, bis obere Teile der Mehrzahl von Halbleiterstrukturen aus der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen herausragen. Die Mehrzahl von Halbleiterstrukturen kann Oberseiten einer Mehrzahl von Hohlräumen in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen definieren. Das Verfahren kann des Weiteren ein epitaxiales Aufwachsen der Halbleiterschicht beinhalten, die sich auf der Oxidschicht erstreckt, wobei die Mehrzahl von Halbleiterstrukturen als Kristallkeimschichten verwendet wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das epitaxiale Aufwachsen der Mehrzahl von Halbleiterstrukturen ein epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von unteren Halbleiterstrukturen, welche die Oberseiten der jeweiligen Mehrzahl von Hohlräumen definieren, wobei die Teile der Seitenwände der Halbleiterkristallkeimschicht an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht als die Kristallkeimschichten verwendet werden, sowie ein epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen von der jeweiligen Mehrzahl von unteren Halbleiterstrukturen beinhalten. In verschiedenen Ausführungsformen kann das epitaxiale Aufwachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen ein Aufwachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen derart beinhalten, dass sie aus der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen herausragen, und das epitaxiale Aufwachsen der Halbleiterschicht kann ein laterales Wachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen beinhalten, bis benachbarte der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen miteinander in Kontakt kommen. In verschiedenen Ausführungsformen kann das Bilden der Mehrzahl von Vertiefungen ein Bilden von unteren Teilen der Mehrzahl von Vertiefungen in der Halbleiterkristallkeimschicht beinhalten. Jeder der unteren Teile der Mehrzahl von Vertiefungen kann ein Aspektverhältnis von größer als 3 aufweisen, so dass jeder der Mehrzahl von Hohlräumen die Seitenwände der Halbleiterkristallkeimschicht freilegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der Halbleiterkristallkeimschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegen. Die Erfindung stellt des Weiteren Bauelemente bereit, die unter Verwendung der Verfahren der Erfindung gebildet werden. Ein integriertes Schaltkreisbauelement gemäß der Erfindung, das eine fin-förmige Halbleiterstruktur beinhaltet, kann eine Oxidschicht auf einem Substrat sowie eine Vertiefung in der Oxidschicht und dem Substrat beinhalten. Eine erste Tiefe der Vertiefung in dem Substrat kann mehr als drei Mal größer als eine zweite Tiefe der Vertiefung in der Oxidschicht sein. Das Bauelement kann außerdem eine epitaxial aufgewachsene Halbleiterstruktur in der Vertiefung beinhalten. Die epitaxial aufgewachsene Halbleiterstruktur kann sich an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat in Kontakt mit einer Seitenwand des Substrats befinden und kann eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definieren. Ein oberer Teil der epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur kann durch die Oxidschicht freigelegt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Substrat eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht beinhalten, die sich zwischen der Oxidschicht und der ersten Halbleiterschicht erstreckt. Die zweite Halbleiterschicht kann Germanium (Ge), Siliciumgermanium (Si-Ge), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder eine III-V-Verbindung beinhalten, und die epitaxial aufgewachsene Halbleiterstruktur kann sich in Kontakt mit einer Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht benachbart zu der Oxidschicht befinden. In verschiedenen Ausführungsformen kann eine Dicke der zweiten Halbleiterschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vertiefung einen unteren Teil der Vertiefung in dem Substrat mit einem Aspektverhältnis von größer als 3 beinhalten, so dass der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegen kann. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Vertiefung einen oberen Teil der Vertiefung durch die Oxidschicht hindurch mit einem Aspektverhältnis von größer als 1 beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Bauelement des Weiteren einen Sauerstoff enthaltenden isolierenden Bereich unter der Vertiefung beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Teil der Vertiefung in dem Substrat benachbart zu der Oxidschicht eine Breite aufweisen, die größer als ein Teil der Vertiefung benachbart zu einem Boden der Vertiefung ist. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beschrieben und sind in den Zeichnungen dargestellt, in denen: Nachstehend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Es sind viele verschiedene Formen und Ausführungsformen möglich, ohne von den hierin dargelegten Lehren abzuweichen. In den Zeichnungen können die Abmessungen und die relativen Abmessungen von Schichten und Bereichen der Klarheit halber übertrieben dargestellt sein. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchweg auf gleichartige Elemente. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden hierin unter Bezugnahme auf Querschnittdarstellungen beschrieben, die schematische Darstellungen von idealisierten Ausführungsformen und Zwischenstrukturen von beispielhaften Ausführungsformen sind. Von daher sind Abweichungen von den Formen der Darstellungen als ein Ergebnis zum Beispiel von Herstellungstechniken und/oder Herstellungstoleranzen zu erwarten. Somit sind beispielhafte Ausführungsformen der erfinderischen Konzepte nicht als beschränkt auf die speziellen, hierin dargestellten Formen auszulegen, sondern beinhalten Abweichungen in den Formen, die zum Beispiel aus der Herstellung resultieren. Es versteht sich, dass, wenn ein Element als ”gekoppelt”, ”verbunden” mit einem weiteren Element oder ”reagierend” auf ein weiteres Element oder ”auf einem weiteren Element liegend bezeichnet wird, dieses direkt gekoppelt, verbunden mit dem weiteren Element oder direkt auf das weitere Element reagierend oder direkt auf dem weiteren Element liegend sein kann oder auch zwischenliegende Elemente vorhanden sein können. Im Gegensatz dazu sind keine zwischenliegenden Elemente vorhanden, wenn ein Element als ”direkt gekoppelt”, ”direkt verbunden” mit einem weiteren Element oder ”direkt reagierend” auf ein weiteres Element oder ”direkt auf” einem weiteren Element liegend bezeichnet wird. Räumlich relative Ausdrücke, wie beispielsweise ”unterhalb”, ”unter”, ”untere”, ”über”, ”obere” und dergleichen können hierin zwecks Erleichterung der Beschreibung verwendet werden, um ein Element oder eine Beziehung eines Merkmals zu einem weiteren Element (weiteren Elementen) oder einem weiteren Merkmal (weiteren Merkmalen) zu beschreiben, wie in den Figuren dargestellt. Es versteht sich, dass die räumlich relativen Ausdrücke verschiedene Orientierungen des Bauelements in der Verwendung oder im Betrieb zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung umfassen sollen. Wenn zum Beispiel das Bauelement in den Figuren umgedreht wird, sind Elemente, die als ”unter” oder als ”unterhalb” von weiteren Elementen oder Merkmalen beschrieben sind, dann ”über” den weiteren Elementen oder Merkmalen orientiert. Somit kann der exemplarische Ausdruck ”unter” sowohl eine Orientierung von über als auch von unter umfassen. Das Bauelement kann auf andere Weise orientiert sein (um 90 Grad oder in anderen Orientierungen gedreht sein), und die hierin verwendeten räumlich relativen Beschreibungen können dementsprechend interpretiert werden. Es ist außerdem anzumerken, dass in einigen alternativen Ausführungen die Funktionen/Handlungen, die hierin in Flussdiagrammblöcken vermerkt sind, in einer anderen Reihenfolge auftreten können als in den Flussdiagrammen vermerkt. Zum Beispiel können zwei Blöcke, die in Aufeinanderfolge gezeigt sind, in Wirklichkeit im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, oder die Blöcke können mitunter in Abhängigkeit von der Funktionalität/den Handlungen, die involviert sind, in der umgekehrten Reihenfolge ausgeführt werden. Darüber hinaus kann die Funktionalität eines gegebenen Blocks der Flussdiagramme und/oder von Blockdiagrammen in mehrere Blöcke separiert werden, und/oder die Funktionalität von zwei oder mehr Blöcken der Flussdiagramme und/oder von Blockdiagrammen kann wenigstens teilweise integriert sein. Schließlich können weitere Blöcke zwischen den Blöcken, die dargestellt sind, hinzugefügt oder zwischen diese eingefügt werden, und/oder Blöcke/Arbeitsvorgänge können weggelassen werden, ohne von dem Umfang der vorliegenden erfinderischen Konzepte abzuweichen. Die Bezugnehmend auf Gemäß Epitaxiale Wachstumsprozesse bilden Halbleiterstrukturen auf einer reaktiven Oberfläche, die freie Bindungen aufweist, bilden jedoch auf einer nicht reaktiven Oberfläche, die keine freien Bindungen aufweist, keine Halbleiterstrukturen. Demgemäß kann der erste epitaxiale Wachstumsprozess, wie in Es versteht sich, dass eine Wachstumsrate einer Halbleiterstruktur, die unter Verwendung des ersten epitaxialen Wachstumsprozesses gebildet wird, entlang einer Richtung in die Tiefe des unteren Teils der Vertiefung 104b abnehmen kann, da die Menge an Reaktanden, die in den unteren Teil der Vertiefung 104b hinein diffundiert sind, entlang der Richtung in die Tiefe abnehmen kann. Demgemäß kann die überhängende Kristallkeimstruktur 106a, die an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht 102 und dem Substrat 100 gebildet wird, schnell wachsen und kann eine Diffusion von Reaktanden in den unteren Teil der Vertiefung 104b hinein verhindern, so dass in dem unteren Teil der Vertiefung 104b ein Hohlraum gebildet werden kann. Der Hohlraum kann die überhängende Kristallkeimstruktur 106a von der unteren Kristallkeimstruktur 106b entkoppeln und kann somit eine Seitenwand des unteren Teils der Vertiefung 104b wenigstens teilweise freiliegend belassen. Weiterhin bezugnehmend auf Die untere Kristallkeimstruktur 106b kann Versetzungsdefekte mit verschiedenen Richtungen beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der unteren Kristallkeimstruktur 106b herrühren, einschließlich vertikaler Versetzungsdefekte. Die Versetzungsdefekte in der unteren Kristallkeimstruktur 106b können sich jedoch nicht in die überhängende Kristallkeimstruktur 106a hinein ausbreiten, da der Hohlraum in dem unteren Teil der Vertiefung 104b die überhängende Kristallkeimstruktur 106a und die untere Kristallkeimstruktur 106b entkoppeln kann. Mit anderen Worten gesagt, kann der Hohlraum eine Verbindung zwischen der überhängenden Kristallkeimstruktur 106a und der unteren Kristallkeimstruktur 106b reduzieren oder minimieren. Demgemäß kann die überhängende Kristallkeimstruktur 106a die Versetzungsdefekte nicht beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der unteren Kristallkeimstruktur 106b herrühren, und kann somit lediglich Versetzungsdefekte beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 106a herrühren. Die überhängende Kristallkeimstruktur 106a kann horizontale Versetzungsdefekte beinhalten, kann jedoch aufgrund einer Orientierung der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 106a keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhalten. Es versteht sich, dass Aspektverhältnisse des oberen und des unteren Teils der Vertiefung 104a und 104b eine Form und eine Position des Hohlraums beeinflussen können. Demgemäß können die Aspektverhältnisse des oberen und des unteren Teils der Vertiefung 104a und 104b (in Bezug zueinander) im Voraus festgelegt werden, um den Hohlraum zu bilden, der die überhängende Kristallkeimstruktur 106a von der unteren Kristallkeimstruktur 106b derart entkoppelt, dass eine Ausbreitung der Versetzungsdefekte in der unteren Kristallkeimstruktur 106b in die überhängende Kristallkeimstruktur 106a hinein reduziert oder minimiert werden kann. In entsprechenden Ausführungsformen kann das Aspektverhältnis des oberen Teils der Vertiefung 104a größer als 1 sein, und das Aspektverhältnis des unteren Teils der Vertiefung 104b kann größer als 3 sein. In entsprechenden Ausführungsformen können der obere und der untere Teil der Vertiefung 104a und 104b im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen, und eine Tiefe des unteren Teils der Vertiefung 104b kann mehr als drei Mal größer als eine Tiefe des oberen Teils der Vertiefung 104a sein. Nunmehr bezugnehmend auf Des Weiteren kann der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 108 keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhalten, da die überhängende Kristallkeimstruktur 106a keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhalten kann, wie unter Bezugnahme auf Der zweite epitaxiale Wachstumsprozess kann durchgeführt werden, bis die vorläufige Halbleiterstruktur 108 derart überwachsen ist, dass der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 108 aus der Vertiefung 104 herausragt. Es versteht sich, dass der erste und der zweite epitaxiale Wachstumsprozess in einer Weise in-situ durchgeführt werden können, bei welcher der erste und der zweite epitaxiale Wachstumsprozess in der gleichen Prozesskammer durchgeführt werden. Die Arbeitsvorgänge beinhalten ein Planarisieren des oberen Teils der vorläufigen Halbleiterstruktur 108, um in der Vertiefung 104 eine Halbleiterstruktur 108a ( Die Arbeitsvorgänge können des Weiteren ein Vertiefen der Oxidschicht 102 beinhalten, um den oberen Teil der Halbleiterstruktur 108a ( Gemäß Die Bezugnehmend auf Weiterhin bezugnehmend auf Nunmehr bezugnehmend auf Wie unter Bezugnahme auf Gemäß In entsprechenden Ausführungsformen können die Kristallkeimstrukturen 206 und die Halbleiterschicht 201 das gleiche Halbleitermaterial beinhalten. Demgemäß kann die überhängende Kristallkeimstruktur 206a auf einer gitterangepassten Oberfläche gebildet werden, so dass die überhängende Kristallkeimstruktur 206a keine Versetzungsdefekte beinhalten kann, die von einer Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 201 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a herrühren. Wie in In entsprechenden Ausführungsformen können die Kristallkeimstrukturen 206 und die Halbleiterschicht 201 unterschiedliche Halbleitermaterialien beinhalten, und die überhängende Kristallkeimstruktur 206a kann somit aufgrund Gitterfehlanpassung an der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 201 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a verspannt sein. Entsprechend kann die überhängende Kristallkeimstruktur 206a zusätzlich zu horizontalen Versetzungsdefekten, die von der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der Halbleiterschicht 201 herrühren, horizontale Versetzungsdefekte beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen der Halbleiterschicht 201 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a herrühren. Die Halbleiterschicht 201 kann zum Beispiel Siliciumgermanium beinhalten, und die überhängende Kristallkeimstruktur 206a kann Germanium beinhalten. Eine Germanium-Konzentration der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a kann maßgeschneidert werden, um die überhängende Kristallkeimstruktur 206a zu bilden, die verspannt ist, kann jedoch nicht viele Versetzungsdefekte beinhalten, die von der Grenzfläche der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a und der Halbleiterschicht 201 herrühren. Die untere Kristallkeimstruktur 206b kann Versetzungsdefekte beinhalten, die verschiedene Richtungen aufweisen, einschließlich vertikaler Versetzungsdefekte. Es versteht sich, dass sich vertikale Versetzungsdefekte in der unteren Kristallkeimstruktur 206b nicht in die überhängende Kristallkeimstruktur 206a hinein ausbreiten können, da der Hohlraum die untere Kristallkeimstruktur 206b von der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a entkoppelt. Demgemäß kann die überhängende Kristallkeimstruktur 206a keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhalten oder kann im Wesentlichen frei von vertikalen Versetzungsdefekten sein. Wie unter Bezugnahme auf Der Arbeitsvorgang kann nach der Bildung der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a zusätzlich einen Wärmebehandlungsprozess beinhalten. Der Wärmebehandlungsprozess kann als ein Prozess in-situ durchgeführt werden, der in der gleichen Prozesskammer durchgeführt wird, in welcher der erste epitaxiale Wachstumsprozess durchgeführt wird. Der Wärmebehandlungsprozess kann bei einer Temperatur durchgeführt werden, die höher als eine Reflow-Temperatur der überhängenden Kristallkeimstruktur 206a ist, um die überhängende Kristallkeimstruktur 206a zu bilden, die eine Öffnung des unteren Teils der Vertiefung 204b im Wesentlichen vollständig einschließt. In entsprechenden Ausführungsformen kann die überhängende Kristallkeimstruktur 206a Germanium beinhalten, und die Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses kann in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 800°C liegen. Ein Gas für den Wärmebehandlungsprozess kann zum Beispiel Wasserstoff, Stickstoff oder irgendein inertes Gas beinhalten. Nunmehr bezugnehmend auf Ein oberer Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 208 braucht somit keine horizontalen Versetzungsdefekte beinhalten. Des Weiteren braucht der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 208 keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhalten, da die überhängende Kristallkeimstruktur 206a keine vertikalen Versetzungsdefekte beinhaltet. Demgemäß braucht der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 208 keine Versetzungsdefekte beinhalten oder kann im Wesentlichen frei von Versetzungsdefekten sein. Der zweite epitaxiale Wachstumsprozess kann durchgeführt werden, bis die vorläufige Halbleiterstruktur 208 derart überwachsen ist, dass der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur 208 aus der Vertiefung 204 herausragen kann. Nach dem zweiten epitaxialen Wachstumsprozess können die Arbeitsvorgänge des Weiteren ein Planarisieren des oberen Teils der vorläufigen Halbleiterstruktur 208, um eine Halbleiterstruktur zu bilden, sowie ein Vertiefen der Oxidschicht 102 beinhalten, die ähnliche Prozesse wie die Prozesse sind, die unter Bezugnahme auf die Des Weiteren versteht es sich, dass die Arbeitsvorgänge zusätzlich ein Verbreitern einer Öffnung des unteren Teils der Vertiefung 204b vor dem Durchführen des ersten epitaxialen Wachstumsprozesses beinhalten können, der ein ähnlicher Prozess wie der Prozess ist, der unter Bezugnahme auf Die Bezugnehmend auf Es versteht sich, dass sich lediglich einige der horizontalen Versetzungsdefekte, die von einer Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der Halbleiterkristallkeimschicht 301 herrühren, in später gebildete Halbleiterstrukturen hinein ausbreiten können, da die meisten vertikalen Versetzungsdefekte in der Halbleiterkristallkeimschicht 301 durch die Oxidschicht 302 eingefangen sein können. Eine Dicke der Halbleiterkristallkeimschicht 301 kann in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegen. Die Oxidschicht 302 kann zum Beispiel eine Siliciumoxidschicht sein. Gemäß Die Arbeitsvorgänge können ein Durchführen eines ersten epitaxialen Wachstumsprozesses beinhalten, der ein ähnlicher Prozess wie der unter Bezugnahme auf Der erste epitaxiale Wachstumsprozess kann in einem Hohlraum in dem unteren Teil der Vertiefung 304b unter der überhängenden Kristallkeimstruktur 306a resultieren, wie unter Bezugnahme auf In entsprechenden Ausführungsformen können die Halbleiterkristallkeimschicht 301 und die überhängende Kristallkeimstruktur 306a ein Halbleitermaterial beinhalten, zum Beispiel Germanium, Siliciumgermanium, Indiumgalliumarsenid oder eine III-V-Verbindung. In entsprechenden Ausführungsformen können die Halbleiterkristallkeimschicht 301 und die überhängende Kristallkeimstruktur 306a unterschiedliche Halbleitermaterialien beinhalten. Die Halbleiterkristallkeimschicht 301 kann zum Beispiel Siliciumgermanium beinhalten, und die überhängende Kristallkeimstruktur 306a kann Germanium beinhalten. Die überhängende Kristallkeimstruktur 306a kann horizontale Versetzungsdefekte beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen dem Substrat 100 und der Halbleiterkristallkeimschicht 301 herrühren. In entsprechenden Ausführungsformen kann die überhängende Kristallkeimstruktur 306a zusätzlich horizontale Versetzungsdefekte beinhalten, die von der Grenzfläche zwischen der Halbleiterkristallkeimschicht 301 und der überhängenden Kristallkeimstruktur 306a herrühren, wenn die Halbleiterkristallkeimschicht 301 und die überhängende Kristallkeimstruktur 306a unterschiedliche Halbleitermaterialien beinhalten. Die untere Kristallkeimstruktur 306b kann Versetzungsdefekte mit verschiedenen Richtungen beinhalten, die von dem Substrat 100 und der unteren Kristallkeimstruktur 306b herrühren, einschließlich vertikaler Versetzungsdefekte. Es versteht sich, dass sich vertikale Versetzungsdefekte in der unteren Kristallkeimstruktur 306b nicht in die überhängende Kristallkeimstruktur 206a hinein ausbreiten, da der Hohlraum die untere Kristallkeimstruktur 306b und die überhängende Kristallkeimstruktur 306a entkoppelt. Demgemäß beinhaltet die überhängende Kristallkeimstruktur 306a keine vertikalen Versetzungsdefekte oder ist im Wesentlichen frei von vertikalen Versetzungsdefekten. Aspektverhältnisse des oberen und des unteren Teils der Vertiefung 304a und 304b (in Bezug zueinander) können im Voraus festgelegt werden, um den Hohlraum zu bilden, der die überhängende Kristallkeimstruktur 306a von der unteren Kristallkeimstruktur 306b entkoppelt. In entsprechenden Ausführungsformen kann das Aspektverhältnis des oberen Teils der Vertiefung 304a größer als 1 sein, und das Aspektverhältnis des unteren Teils der Vertiefung 304b kann größer als 3 sein. In entsprechenden Ausführungsformen können der obere und der untere Teil der Vertiefung 304a und 304b im Wesentlichen die gleiche Breite aufweisen, und eine Tiefe des unteren Teils der Vertiefung 304b kann mehr als drei Mal größer als eine Tiefe des oberen Teils der Vertiefung 304a sein. Es versteht sich, dass vor dem ersten epitaxialen Wachstumsprozess zusätzlich ein Wärmebehandlungsprozess durchgeführt werden kann, um die überhängende Kristallkeimstruktur 306a auf einer im Wesentlichen vollständig gitterangepassten Oberfläche zu bilden. Eine Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses kann höher als eine Reflow-Temperatur der Halbleiterkristallkeimschicht 301 sein. Die Halbleiterkristallkeimschicht 301 kann zum Beispiel eine Germaniumschicht sein, und die Temperatur kann in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 800°C liegen. Ein Gas des Wärmebehandlungsprozesses kann zum Beispiel Wasserstoff, Stickstoff oder irgendein inertes Gas beinhalten. Des Weiteren können die Arbeitsvorgänge nach dem ersten epitaxialen Wachstumsprozess einen Wärmebehandlungsprozess beinhalten. Der Wärmebehandlungsprozess kann als ein Prozess in-situ in Bezug auf den ersten epitaxialen Wachstumsprozess durchgeführt werden, und eine Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses kann höher als eine Reflow-Temperatur der überhängenden Kristallkeimstruktur 306a sein, um die überhängende Kristallkeimstruktur 306a zu bilden, die eine Öffnung des unteren Teils der Vertiefung 304b im Wesentlichen vollständig einschließt. In entsprechenden Ausführungsformen kann die überhängende Kristallkeimstruktur 306a Germanium beinhalten, und die Temperatur des Wärmebehandlungsprozesses kann somit in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 800°C liegen. Ein Gas des Wärmebehandlungsprozesses kann zum Beispiel Wasserstoff, Stickstoff oder irgendein inertes Gas beinhalten. Gemäß Es versteht sich, dass die Arbeitsvorgänge zusätzlich ein Verbreitern einer Öffnung des unteren Teils der Vertiefung 304b beinhalten können, bevor der erste epitaxiale Wachstumsprozess durchgeführt wird, der ein ähnlicher Prozess wie der unter Bezugnahme auf Nach dem zweiten epitaxialen Wachstumsprozess können die Arbeitsvorgänge des Weiteren einen dritten epitaxialen Wachstumsprozess beinhalten, um eine Halbleiterschicht 310 zu bilden, die sich auf der Oxidschicht 102 erstreckt, wobei die Mehrzahl von vorläufigen Halbleiterstrukturen 308 als Kristallkeimschichten verwendet wird ( Die Mehrzahl von vorläufigen Halbleiterstrukturen 308 kann lateral wachsen, bis benachbarte der Mehrzahl von vorläufigen Halbleiterstrukturen 308 in Kontakt zueinander kommen. Es versteht sich, dass die Halbleiterschicht 310 ein Teil eines Donator-Wafers sein kann, der beim Herstellen eines Halbleiter-auf-Isolator-Bauelements verwendet wird, zum Beispiel Silicium-auf-Isolator (SOI), Germanium-auf-Isolator (GeOI) oder III-V-Verbindung-auf-Isolator (IIIVOI). In entsprechenden Ausführungsformen können die Arbeitsvorgänge nach dem dritten epitaxialen Wachstumsprozess zusätzlich einen Wärmebehandlungsprozess beinhalten, um Korngrenzen in der Halbleiterschicht 310 zu reduzieren. Eine Wärmebehandlungstemperatur kann höher als eine Reflow-Temperatur der Halbleiterschicht 310 sein. Die Halbleiterschicht 310 kann zum Beispiel eine Germaniumschicht sein, und die Wärmebehandlungstemperatur kann in einem Bereich von etwa 500°C bis etwa 800°C liegen. Ein Gas des Wärmebehandlungsprozesses kann zum Beispiel Wasserstoff, Stickstoff oder irgendein inertes Gas beinhalten. Des Weiteren kann eine Schutzschicht auf der Halbleiterschicht 310 gebildet werden. Die Schutzschicht kann eine Siliciumoxidschicht sein. Es versteht sich, dass vor dem Bilden der Schutzschicht zusätzlich ein CMP-Prozess auf der Halbleiterschicht 310 durchgeführt werden kann. Die Wie unter Bezugnahme auf Gemäß Darüber hinaus kann das Bilden der epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur in Block 1106 ein Durchführen eines zweiten epitaxialen Wachstumsprozesses unter Verwendung der überhängenden Kristallkeimstruktur als einer Kristallkeimschicht beinhalten, um eine vorläufige Halbleiterstruktur in der Vertiefung zu bilden (Block 1106-2). Der zweite epitaxiale Wachstumsprozess kann durchgeführt werden, bis die vorläufige Halbleiterstruktur derart überwachsen ist, dass ein oberer Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur aus der Vertiefung herausragen kann. Es versteht sich, dass der obere Teil der vorläufigen Halbleiterstruktur aus Gründen, die unter Bezugnahme auf Die Arbeitsvorgänge können ein Planarisieren des oberen Teils der vorläufigen Halbleiterstruktur beinhalten, um die Halbleiterstruktur zu bilden (Block 1106-3). Nach der Planarisierung können Oberseiten der Halbleiterstruktur und der Oxidschicht koplanar sein. Die Die Arbeitsvorgänge können ein Bilden von Vertiefungen in der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht beinhalten (Block 1204). In entsprechenden Ausführungsformen kann sich jede der Vertiefungen in der Halbleiterkristallkeimschicht ebenso wie in dem Substrat befinden. In einigen Ausführungsformen legt jede der Vertiefungen das Substrat möglicherweise nicht frei. Jede der Vertiefungen kann ein hohes Aspektverhältnis aufweisen, das größer als 4 sein kann. Die Arbeitsvorgänge können ein epitaxiales Aufwachsen von Halbleiterstrukturen in den jeweiligen Vertiefungen beinhalten, die Oberseiten von Hohlräumen in den jeweiligen Vertiefungen definieren, wie zum Beispiel in Nunmehr bezugnehmend auf Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht oder -struktur. Ein Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur gemäß der Erfindung beinhaltet ein Bilden einer Oxidschicht (102) auf einem Substrat (100), ein Bilden einer Vertiefung (104) in der Oxidschicht und dem Substrat sowie ein Bilden einer epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur (106, 108a) in der Vertiefung, die sich an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat in Kontakt mit einer Seitenwand des Substrats befindet und eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definiert. Verwendung in der Halbleiterfertigungstechnologie. Verfahren zum Bilden einer Halbleiterstruktur, wobei das Verfahren aufweist: Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bilden der epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur aufweist: Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegt. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei Verfahren nach Anspruch 1, wobei Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bilden der Vertiefung aufweist: Verfahren nach Anspruch 1, das des Weiteren aufweist: Verfahren zum Bilden einer fin-förmigen Halbleiterstruktur, wobei das Verfahren aufweist: Verfahren nach Anspruch 8, wobei Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 10, wobei eine Dicke der zweiten Halbleiterschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegt. Verfahren zum Bilden einer Halbleiterschicht, wobei das Verfahren aufweist: Verfahren nach Anspruch 12, wobei das epitaxiale Aufwachsen der Mehrzahl von Halbleiterstrukturen aufweist: Verfahren nach Anspruch 13, wobei Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei eine Dicke der Halbleiterkristallkeimschicht in einem Bereich von etwa 100 nm bis etwa 1 μm liegt.
– Bilden einer Oxidschicht (102) auf einem Substrat (100);
– Bilden einer Vertiefung (104) in der Oxidschicht und dem Substrat; und
– Bilden einer epitaxial aufgewachsenen Halbleiterstruktur (106, 108a) in der Vertiefung, die sich an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat in Kontakt mit einer Seitenwand des Substrats befindet und eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definiert.
– epitaxiales Aufwachsen einer unteren Halbleiterstruktur, welche die Oberseite des Hohlraums in der Vertiefung in dem Substrat definiert, wobei die Seitenwand des Substrats an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat als eine erste Kristallkeimschicht verwendet wird; und
– epitaxiales Aufwachsen einer oberen Halbleiterstruktur in der Vertiefung, wobei die untere Halbleiterstruktur als eine zweite Kristallkeimschicht verwendet wird.
– die untere Halbleiterstruktur ein Material aufweist, das sich von demjenigen der oberen Halbleiterstruktur unterscheidet, und/oder
– die untere Halbleiterstruktur Siliciumgermanium (SiGe) beinhaltet und die obere Halbleiterstruktur Germanium (Ge) beinhaltet.
– das Substrat eine erste Halbleiterschicht (100) und eine zweite Halbleiterschicht (201) aufweist, die sich zwischen der Oxidschicht und der ersten Halbleiterschicht erstreckt;
– die zweite Halbleiterschicht Germanium (Ge), Siliciumgermanium (SiGe), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder eine III-V-Verbindung beinhaltet; und
– sich die epitaxial aufgewachsene Halbleiterstruktur in Kontakt mit einer Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht befindet.
– Bilden eines unteren Teils der Vertiefung in dem Substrat, der ein Aspektverhältnis von größer als 4 aufweist, so dass der Hohlraum die Seitenwand des Substrats freilegt, und/oder
– Bilden eines oberen Teils der Vertiefung durch die Oxidschicht hindurch, der ein Aspektverhältnis von größer als 1 aufweist.
– Implantieren von Sauerstoffionen in das Substrat hinein, um unter der Vertiefung einen isolierenden Bereich zu bilden, und/oder
– Verbreitern eines Teils der Vertiefung in dem Substrat an der Grenzfläche des Substrats und der Oxidschicht, um einen Hinterschneidungsbereich zu bilden.
– Bilden einer Oxidschicht (102) auf einem Substrat (100);
– Bilden einer Vertiefung (104) durch die Oxidschicht hindurch und in dem Substrat;
– Durchführen eines ersten epitaxialen Wachstumsprozesses, um eine überhängende Kristallkeimschicht (106a) in der Vertiefung zu bilden, wobei eine Seitenwand des Substrats an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und dem Substrat als eine erste Kristallkeimschicht verwendet wird, wobei die überhängende Kristallkeimschicht eine Oberseite eines Hohlraums in der Vertiefung definiert;
– Durchführen eines zweiten epitaxialen Wachstumsprozesses, um eine Halbleiterstruktur (108a) in der Vertiefung zu bilden, wobei die überhängende Kristallkeimschicht als eine zweite Kristallkeimschicht verwendet wird; und
– Vertiefen der Oxidschicht, um mittels Freilegen eines oberen Teils der Halbleiterstruktur eine fin-förmige Halbleiterstruktur zu bilden.
– das Durchführen des ersten epitaxialen Wachstumsprozesses des Weiteren ein Bilden einer unteren Kristallkeimstruktur auf einem Boden der Vertiefung beinhaltet; und
– die überhängende Kristallkeimschicht von der unteren Kristallkeimstruktur isoliert ist.
– das Substrat eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die sich zwischen der Oxidschicht und der ersten Halbleiterschicht erstreckt, wobei die zweite Halbleiterschicht Germanium (Ge), Siliciumgermanium (SiGe), Indiumgalliumarsenid (InGaAs) oder eine III-V-Verbindung beinhaltet; und
– die Vertiefung eine Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht freilegt, welche die erste Kristallkeimschicht beinhaltet.
– sequentielles Bilden einer Halbleiterkristallkeimschicht (106b) und einer Oxidschicht (102) auf einem Substrat (100);
– Bilden einer Mehrzahl von Vertiefungen (104) in der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht;
– epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von Halbleiterstrukturen (106, 108a) in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen, wobei Teile von Seitenwänden der Halbleiterkristallkeimschicht an einer Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht als Kristallkeimschichten verwendet werden, bis obere Teile der Mehrzahl von Halbleiterstrukturen aus der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen herausragen, wobei die Mehrzahl von Halbleiterstrukturen Oberseiten einer Mehrzahl von Hohlräumen in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen definiert; und
– epitaxiales Aufwachsen der Halbleiterschicht, die sich auf der Oxidschicht erstreckt, wobei die Mehrzahl von Halbleiterstrukturen als Kristallkeimschichten verwendet wird.
– epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von unteren Halbleiterstrukturen, welche die Oberseiten der jeweiligen Mehrzahl von Hohlräumen definieren, wobei die Teile von Seitenwänden der Halbleiterkristallkeimschicht an der Grenzfläche zwischen der Oxidschicht und der Halbleiterkristallkeimschicht als die Kristallkeimschichten verwendet werden; und
– epitaxiales Aufwachsen einer Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen in der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen aus der jeweiligen Mehrzahl von unteren Halbleiterstrukturen.
– das epitaxiale Aufwachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen ein Aufwachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen beinhaltet, die aus der jeweiligen Mehrzahl von Vertiefungen herausragen; und
– das epitaxiale Aufwachsen der Halbleiterschicht ein laterales Wachsen der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen beinhaltet, bis benachbarte der Mehrzahl von oberen Halbleiterstrukturen miteinander in Kontakt kommen.
– das Bilden der Mehrzahl von Vertiefungen ein Bilden von unteren Teilen der Mehrzahl von Vertiefungen in der Halbleiterkristallkeimschicht beinhaltet; und
– jeder der unteren Teile der Mehrzahl von Vertiefungen ein Aspektverhältnis von größer als 3 aufweist, so dass jeder der Mehrzahl von Hohlräumen die Seitenwände der Halbleiterkristallkeimschicht freilegt.













