[发明专利]Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体衬底、外延晶片及它们的制造方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及制造III-V族化合物半导体衬底的方法、制造外延晶片的方法、III-V族化合物半导体衬底和外延晶片。特别地，本发明涉及制造III-V族化合物半导体衬底的方法、制造外延晶片的方法、III-V族化合物半导体衬底和外延晶片，所述半导体衬底和外延晶片适用于诸如场效应晶体管(FET)和高电子迁移率晶体管(HEMT)的装置。

背景技术

[0002]III-V族化合物半导体衬底在便携式电话领域中具有高性能的放大功能和转换功能，因而将所述III-V族化合物半导体衬底用作无线通讯装置如FET、HEMT和异质结双极晶体管(HBT)的基础材料。目前，在用于便携式电话等的HEMT装置的制造过程中，通过金属有机气相外延(MOVPE)法、分子束外延(MBE)法等在例如GaAs衬底上形成薄膜外延层如砷化镓(GaAs)层、砷化铝镓(AlGaAs)层或砷化铟镓(InGaAs)层。在这种情况下，如果杂质等粘附在GaAs衬底等的表面上，则无法获得具有良好品质的外延层。另外，装置特性随后会发生劣化。例如，已知如果在外延层和GaAs衬底之间的界面处存在发射自由电子的杂质，则这种杂质会影响装置的夹断特性和漏极击穿电压。为了避免这种缺陷，时至今日，一直通过在外延生长之前对GaAs衬底表面进行湿法刻蚀来除去表面上的杂质。或者，在已经将GaAs衬底放置在外延生长设备中之后，利用导入气体、热等对所述GaAs衬底表面进行清洁，除去杂质。

[0003]然而，即使进行了上述预处理和清洁，也难以避免被清洁的室气氛或设备中的极少量的成分所污染。例如，具有高克拉克数等的硅(Si)即使在受控环境中也相对易于粘附到半导体衬底上，且在GaAs衬底和外延层之间界面处累积，从而进入发射自由电子的状态。结果，上述装置具有劣化的特性。

[0004]日本未审查专利申请公布9-320967号公开了一种制造化合物半导体晶片的方法，其中通过紫外线臭氧照射在III-V族化合物半导体衬底上形成厚度为2～30nm的氧化膜，作为解决上述缺点的手段。该文献公开了通过形成氧化膜使得残留在III-V族化合物半导体衬底和外延层之间界面附近的Si呈现电非活性。

[0005]此外，日本未审查专利申请公布11-126766号公开了一种清洁半导体晶体晶片的方法，其中通过浸入含臭氧的超纯水中来形成氧化膜，其后通过利用碱性溶液或碱和酸的混合溶液进行清洁来除去所述氧化膜。该文献公开了残留在III-V族化合物半导体衬底表面上的杂质被除去。

[0006]此外，日本未审查专利申请公布2003-206199号公开了一种化合物半导体晶体，其中在III-V族化合物半导体衬底和外延层之间界面处所存在的氧(O)和Si的比例为2以上。该文献公开了通过Si和O的化学结合生成二氧化硅(SiO₂)来阻止Si单质在界面处存在。

[0007]另外，日本未审查专利申请公布2006-128651号公开了一种包含Si氧化膜的半导体装置，其中所述Si氧化膜表面的雾度为10ppm以下。该文献公开了存在于III-V族化合物半导体衬底表面上的Si和Si化合物因Si氧化膜而钝化，因此不存在因作为供体的Si的作用引起的载流子累积且表面形态不会劣化。

发明内容

[0008]然而，在日本未审查专利申请公布9-320967号中，通过使用紫外线(UV)臭氧发生器实现紫外线臭氧照射。也就是，由于存在于III-V族化合物半导体衬底上的氧被紫外射线臭氧化而产生臭氧，因此难以控制用于得到最适宜于钝化Si的氧化膜所需要的氧气量，所述Si为残留在所述III-V族化合物半导体衬底上的杂质。因此，在该文献中公开的发明中，用于形成期望的氧化膜所需要的可控性差。此外，由于气体中臭氧密度变小，因此与III-V族化合物半导体衬底表面接触的臭氧浓度发生变化。从而，氧化膜的厚度发生变化。

[0009]关于上述四项发明，在III-V族化合物半导体衬底表面上存在相对大量的氧。随着表面氧化程度的增大，III-V族化合物半导体衬底表面被氧化膜覆盖。从而存在如下问题，外延层表面在原子水平上变粗糙，因为III-V族化合物半导体衬底表面和外延层之间的晶格匹配变差或逐步生长(step growth)变得困难。