[发明专利]半导体器件的制造的方法

说明书

本发明一般地涉及一种制造半导体器件特别是包括表面介电材料的半导体器件的方法。更特别地，本发明涉及场效应晶体管及其前体的制造、以及相关的器件和使用。本发明还关心在半导体器件上形成钝化层的方法。

诸如场效应晶体管(FET)之类的半导体器件通常通过首先在衬底上生长堆叠外延结构，并且然后使该外延堆叠经受进一步处理步骤来制造。进一步处理步骤的示例包括 – 但不限于 – 器件蚀刻和介电材料、电极等等的沉积。在生长阶段期间，外延层的氧含量能够通过利用诸如分子束外延之类的超高真空(UHV)技术非常紧密地控制。然而，一旦被从生长室移除，外延堆叠的表面就容易在空气中氧化以形成天然氧化物。在基于锑化铟(InSb)的快速晶体管明显感兴趣的AlInSb表面的情况下，XPS(X射线光电子谱)测量表明由空气暴露产生的天然氧化物主要由氧化铟和氧化锑构成，具有少量的氧化铝。同样地，InSb表面产生主要由氧化铟和氧化锑构成的天然氧化物。

为了将介电材料沉积在堆叠上，天然氧化物通常首先被通过适当的技术从半导体表面移除。介电层(优选诸如Al₂O₃或HfO₃之类的高介电常数(high-k)介电质)然后可以通过诸如原子层沉积之类的工艺沉积。然而，问题因为半导体/氧化物表面可能难以控制而出现，导致了由于在表面处的缺陷而导致的不希望的‘电荷俘获’性质。在表面处被俘获的电荷的量的测量由缺陷表面陷阱(DIT)密度给出，并且必须被控制以便允许在高频电子器件中通过栅极良好地控制导电沟道。

本发明提供改进的半导体制造方法，该方法允许半导体表面的受控氧化，并且能够使得能实现氧化铝用作为高介电常数介电材料，或者作为高介电常数介电堆叠的部分。

根据本发明的第一方面，提供了制造半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：

提供包括衬底、缓冲层和一个或多个器件层的堆叠半导体结构；

将一层AlSb沉积在堆叠结构的上表面的一个或多个区上；以及

在存在水的情况下使AlSb层氧化以在上表面的一个或多个区上形成一层氧化铝。

优选地，所述氧化铝层包括纯氧化物(Al₂O₃)，但氧化物层还可以包括AlO_z、AlO_z:OH和/或其他水合氧化铝。所述氧化铝层可以包括少量AlSb_yO_z，但优选地是基本上无锑的。

在本发明中，堆叠外延结构(也被称为半导体堆叠，或堆叠半导体结构)的上表面通过首先将一层AlSb(锑化铝)沉积在所述表面的一个或多个区上，并且然后在存在水的情况下使AlSb层氧化以在一个或多个区上形成一层氧化铝而提供有氧化铝层。以这种方式，氧化铝层以受控方式由所沉积的AlSb层产生。取决于其厚度，所述氧化铝层可以全部地或部分地抵抗空气中的进一步氧化。所述氧化铝层的形成能够提供若干重要的好处，包括：使得外延结构被从生长室移除以便另外的器外(ex-situ)处理，提供扩散阻挡层以优选地在MOS场效应晶体管器件中防止外延堆叠的表面与随后沉积其上的层(诸如，例如金属层)的相互扩散和/或氧化铝作为高介电常数介电材料层的使用，特别地用作为栅极介电质，或作为栅极介电堆叠的一部分。

已知包含氧化铝的氧化物可以通过在至少375℃的温度下使含铝的III-V族半导体暴露在含水环境下由含铝的III-V族半导体材料形成(参见Holonyak和Dallesasse的WO 92/12536)。WO 92/12536的方法对于包括三元和四元材料的含Al的III-V族砷化物和磷化物具有特定应用，并且通常被用来产生具有1~25μm范围的厚度。