專利名稱：半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明尤其涉及 在含有砷的化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體裝置中降低了 Mis結(jié)構(gòu)的界面能級(jí)的結(jié)構(gòu)，及其制造用 的半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法。
背景技術(shù)：
在通道層使用了化合物半導(dǎo)體的MISFET (Metal InsulatorSemiconductor Field Effect Transmission 金屬/絕緣體/半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管)被期待為適合用于高頻操作及 大功率動(dòng)作的開(kāi)關(guān)器件。然而在半導(dǎo)體-絕緣體的界面存在形成界面能級(jí)的問(wèn)題，在非專 利文獻(xiàn)1中揭示了化合物半導(dǎo)體表面的硫化物處理在降低界面能級(jí)上有效。(非專利文獻(xiàn) 1)S. Arabasz，et al.著，Vac. 80 卷(2006 年)，第 888 頁(yè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種半導(dǎo)體_絕緣體界面的界面能級(jí)降低了的半導(dǎo)體基 板、其制造方法以及半導(dǎo)體裝置。如上所述，在化合物半導(dǎo)體MISFET的實(shí)用化中，降低界面 能級(jí)被視為一個(gè)課題。因此，本發(fā)明人等圍繞對(duì)界面能級(jí)造成影響的種種原因進(jìn)行深入研 究，得出了在半導(dǎo)體-絕緣體界面(以下簡(jiǎn)稱界面)中的氧化物的影響巨大的結(jié)論逐完成 了本發(fā)明。為了解決上述課題，本發(fā)明的第一方案提供一種半導(dǎo)體基板，其具有含砷的3至 5族化合物的半導(dǎo)體層，以及氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣層，其中，在所述半導(dǎo)體層與 所述絕緣層之間檢測(cè)不出砷的氧化物。在該第一方案中，半導(dǎo)體基板可以是在以存在于所 述半導(dǎo)體層與所述絕緣層之間的元素為對(duì)象的X射線光電子分光法的光電子強(qiáng)度分光觀 察中，在起因于砷的元素峰值的高結(jié)合能量側(cè)檢測(cè)不出起因于氧化了的砷的氧化物峰值的 半導(dǎo)體基板。或者，可以是在用存在于所述半導(dǎo)體層與所述絕緣層之間的元素為對(duì)象的X 射線光電子分光法進(jìn)行光電子強(qiáng)度的分光觀察中，在起因于砷的元素峰值的高結(jié)合能量側(cè) 檢測(cè)不出來(lái)自與氧結(jié)合的砷的3d軌道的光電子峰值的半導(dǎo)體基板。在此，來(lái)自與氧結(jié)合的 砷的3d軌道的光電子峰值可以是在結(jié)合能量42eV至45eV的范圍內(nèi)可被觀測(cè)到的光電子 峰值。另外，“檢測(cè)不出”指以在本申請(qǐng)時(shí)的時(shí)間點(diǎn)的測(cè)量技術(shù)中的X射線光電子分光法無(wú) 法檢測(cè)到的意思，但隨著測(cè)量技術(shù)的進(jìn)步有可能將來(lái)能被檢測(cè)到。另外，“檢測(cè)不出”指當(dāng)將 所測(cè)量的X射線光電子分光光通過(guò)曲線近似法等的合理分析法而指定原因元素時(shí)，在假設(shè) 原因元素不存在時(shí)的曲線近似法中的近似結(jié)果可充分合理的重現(xiàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)，也視為“檢 測(cè)不出”。另外，在曲線近似的結(jié)果中，當(dāng)“來(lái)自與氧結(jié)合的砷的3d軌道的光電子峰值”與 其他峰值比較而足夠小時(shí)，也包含于“檢測(cè)不出”。例如，在當(dāng)“來(lái)自與氧結(jié)合的砷的3d軌 道的光電子峰值”與其他峰值比較為10分的1以下，優(yōu)選為100分之1以下時(shí)，則視為該峰 值檢測(cè)不出。半導(dǎo)體基板形成在所述半導(dǎo)體與所述絕緣層之間，其還可以具有防止砷的氧化的
4中間層。所述中間層也可包含氧以外的6族元素，所述6族元素可為硫或硒。所述中間層 也可包含被氧化或氮化而成為絕緣體的金屬元素，此時(shí)，所述中間層可包含鋁。本發(fā)明的第二方案提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括使含砷的3至5族化合 物半導(dǎo)體層外延成長(zhǎng)的階段、以及在所述半導(dǎo)體層的表面施以防止砷的氧化的處理的抗氧 化處理階段。在第二方案中，也可進(jìn)一步具有將所述半導(dǎo)體層保持于不含砷的氣氛中而去 除所述半導(dǎo)體層表面的多余的砷的階段。所述抗氧化處理階段可為在所述半導(dǎo)體層的表面 形成含有硫、硒或鋁的覆膜的覆膜形成階段。所述抗氧化處理階段可為以含氫的氣氛處理 所述半導(dǎo)體層的階段。所述抗氧化處理階段可為在含氫的氣氛中，在所述半導(dǎo)體層上形成 覆膜的階段。在形成所述覆膜的階段之前的所述半導(dǎo)體層的表面可以是具有(2X4)結(jié)構(gòu) 或c (8 X 2)結(jié)構(gòu)的Ga穩(wěn)定化面。本發(fā)明的第三方案提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其具有使含砷的3至5族 化合物的半導(dǎo)體層外延成長(zhǎng)的階段；將所述外延成長(zhǎng)后的所述半導(dǎo)體層保持在不含砷的氣 氛下的階段；以及將所述被保持的所述半導(dǎo)體層的表面在含硫或硒的氣氛中進(jìn)行處理的階 段。在第三方案中還可以具有將在含硫或硒的氣氛處理后的所述半導(dǎo)體層的表面在含氫 的氣氛內(nèi)進(jìn)行處理的階段。所述含硫的氣氛可含有硫的氫化物。所述包含硒的氣氛可含有 硒的氫化物?？蛇€具有在所述半導(dǎo)體基板的表面形成含鋁、硫或硒的覆膜的階段。用以形 成所述含鋁的覆膜的鋁原料可為有機(jī)鋁。用以形成所述含硫的覆膜的硫原料可為硫的氫化 物。用以形成所述含硒的覆膜的硒原料可為硒的氫化物。在形成所述覆膜階段前的所述半 導(dǎo)體層的表面可為具有(2X4)結(jié)構(gòu)或c(8X2)結(jié)構(gòu)的Ga穩(wěn)定化面?？蛇€具有形成氧化物、 氮化物、或氮氧化物的絕緣層的階段。本發(fā)明的第四方案提供一種半導(dǎo)體基板，其包括含有砷的3至5族化合物半導(dǎo) 體、以及設(shè)置于所述3至5族化合物半導(dǎo)體上的絕緣物，且在所述3至5族化合物半導(dǎo)體與 所述絕緣物之間，或在所述絕緣物的內(nèi)部含有抑制砷的氧化的中間層。在本發(fā)明的第五方案中提供一種半導(dǎo)體裝置，其具有含砷的3至5族化合物的半 導(dǎo)體層；氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣層；以及所述絕緣層上的控制電極，且在所述半 導(dǎo)體層與所述絕緣層之間檢測(cè)不出砷氧化物?；蛘撸峁┮环N半導(dǎo)體裝置，其具有；所述第 一實(shí)施方式或所述第四方式中的半導(dǎo)體基板，以及所述絕緣層上的控制電極



附圖標(biāo)記100半導(dǎo)體裝置102 基板104緩沖層106半導(dǎo)體層108中間層110絕緣層112控制電極114輸入輸出電極120、122 覆膜124導(dǎo)電層
具體實(shí)施例方式圖1表示本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置100的剖面例。半導(dǎo)體裝置100具有基板102、 緩沖層104、半導(dǎo)體層106、中間層108、絕緣層110、控制電極112以及輸入輸出電極114。只要可在其表面形成化合物半導(dǎo)體的結(jié)晶層，基板102可選擇任意的材質(zhì)等。作 為基板102，可以列舉例如單晶硅晶片、藍(lán)寶石、單晶GaAs晶片等。緩沖層104可為與半導(dǎo)體層106晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配(quasi-latticematched) 的化合物半導(dǎo)體層，形成在半導(dǎo)體層106與基板102之間。緩沖層104可為以提高半導(dǎo)體 層106的結(jié)晶性為目的，或者以降低來(lái)自基板102的雜質(zhì)影響為目的而形成。關(guān)于緩沖層 104，可例示有摻雜質(zhì)或沒(méi)有摻雜質(zhì)的GaAs層。此時(shí)，GaAs層例如可使用以有機(jī)金屬氣體 作為原料氣體的M0CVD法(有機(jī)金屬氣相沉積法)而形成。半導(dǎo)體層106可為含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體。半導(dǎo)體層106可作為電子元 件的功能層而發(fā)揮功能，例如作為電子元件而形成MISFET時(shí)，半導(dǎo)體層106可以是形成FET 的通道的通道層。作為半導(dǎo)體層106，可例示GaAs層。半導(dǎo)體層106可摻有雜質(zhì)，也可不摻 雜質(zhì)。但當(dāng)使其作為MISFET的通道層而發(fā)揮功能時(shí)，最好是摻雜有使其成為n型半導(dǎo)體的 n形雜質(zhì)。半導(dǎo)體層106是使用例如以有機(jī)金屬氣體為原料氣體的M0CVD法而形成。絕緣層110可為氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣體。絕緣層110在作為電子元 件而形成MISFET時(shí)，作為可以是控制電極的一例的柵極電極下的柵極絕緣層而發(fā)揮功能。 就絕緣層110而言，例如可例示氧化鋁、氧化硅、氧化鉭、氧化鉿、氧化鋯、氮化鋁、氮化硅、 氮氧化硅等。當(dāng)使絕緣層110作為MISFET的柵極絕緣層而發(fā)揮功能時(shí)，絕緣層110優(yōu)選為 表現(xiàn)出高電容率的材料。絕緣層110例如可通過(guò)將成為絕緣層110的材料用作靶材的濺射 法而形成。中間層108形成于半導(dǎo)體層106與絕緣層110之間，防止砷的氧化。根據(jù)本發(fā)人 等得出的見(jiàn)解，作為形成半導(dǎo)體-絕緣體界面的界面能級(jí)的物質(zhì)，有砷的氧化物。因此，通 過(guò)使防止砷的氧化的中間層108形成于半導(dǎo)體層106與絕緣層110間的界面部分，能夠抑 制砷的氧化而降低界面能級(jí)。中間層108例如也可包含除了氧以外的6族元素，就6族元素而言可列舉硫或硒。 尤其是硫，當(dāng)半導(dǎo)體層106為GaAs層時(shí)，在中間層108與半導(dǎo)體層106的界面中，以硫化鎵形式存在。硫化鎵不產(chǎn)生界面能級(jí)，可形成穩(wěn)定的界面。中間層108可包含被氧化或氮化而成為絕緣體的金屬元素。如上所述的金屬元素 例如可列舉鋁。尤其是鋁的氧化的氧化鋁在化學(xué)上較為穩(wěn)定，當(dāng)選擇氧化鋁為絕緣層110 時(shí)，可使中間層108與絕緣層110 —體化，也能夠使中間層108作為柵極絕緣層而發(fā)揮功 能。中間層108可根據(jù)構(gòu)成材料選擇方法而形成。例如當(dāng)采用硫時(shí)，可選擇包含硫的 氣體，例如可選擇H2S氣氛下的熱處理法(熱CVD)。當(dāng)為鋁時(shí)，可選擇以有機(jī)鋁為原料的 M0CVD 法。此外，也可采用濺鍍法、蒸鍍法等其他覆膜形成方法而形成中間層108。如上所述，中間層108可抑制存在于半導(dǎo)體層106與絕緣層110之間的砷的氧化。 因此，至少以現(xiàn)有的分析方法無(wú)法在半導(dǎo)體層106與絕緣層110之間檢測(cè)出砷的氧化物。例 如，在以存在于半導(dǎo)體層106與絕緣層110之間的元素作為對(duì)象的X射線光電子分光法而 進(jìn)行的光電子強(qiáng)度分光觀察中，在起因于砷的元素峰值的高結(jié)合能源側(cè)，無(wú)法檢測(cè)出起因 于被氧化的砷的氧化物峰值。在此，起因于氧化后的砷的氧化物峰值指來(lái)自與氧結(jié)合后的 砷的3d軌道的光電子峰值?？刂齐姌O112系形成在絕緣層110的上?？刂齐姌O112例如可作為MISFET的柵 極電極發(fā)揮功能?？刂齐姌O112，例如可例示任意的金屬、多晶硅、金屬硅化物等。輸入輸出電極114例如發(fā)揮作為MISFET的源極或漏極的功能。也可在輸入輸出 電極114與半導(dǎo)體層106之間形成可得到歐姆接觸的歐姆層。輸入輸出電極114，可選擇與 底層材料歐姆接觸的任意材料。例如作為輸入輸出電極114，可例示鎳、鉬、金等金屬、重度 摻雜的多晶硅、金屬硅化物等。另外，在上述說(shuō)明中，雖然對(duì)半導(dǎo)體裝置100進(jìn)行了說(shuō)明，但也可將基板102、緩沖 層104、半導(dǎo)體層106、中間層108、以及絕緣層110視為一個(gè)半導(dǎo)體基板。如上所述的半導(dǎo) 體基板具有中間層108，且是以絕緣層110覆蓋表面的狀態(tài)，可以不使界面劣化地作為商品 來(lái)流通。半導(dǎo)體基板中的緩沖層104并非必須，半導(dǎo)體層106自身也可是基板102。另外，在上述說(shuō)明中，作為半導(dǎo)體裝置100以MISFET為例進(jìn)行了說(shuō)明，但也可是其 他的電子器件，例如半導(dǎo)體裝置100也可為用控制電極112以及半導(dǎo)體層106挾持中間層 108及絕緣層110的電容器。圖2至圖6表示在半導(dǎo)體裝置100的制造過(guò)程中的剖面圖。如圖2所示，準(zhǔn)備在 上層形成緩沖層104，且在緩沖層104的更上層處形成半導(dǎo)體層106的基板102。半導(dǎo)體層 106例如通過(guò)采用M0CVD法的外延成長(zhǎng)而形成。形成半導(dǎo)體層106后，將半導(dǎo)體層106維持于不含砷的氣氛下，而可將半導(dǎo)體層 106的表面的多余的砷去除。通過(guò)去除多余的砷，可減低砷的氧化物，得以將上述中間層 108的界面能級(jí)降低的效果協(xié)同地提高。去除多余的砷的處理例如可在400°C以上(較好 為600°C以上)、620°C以下的溫度實(shí)施?；蛘?，形成半導(dǎo)體層106后，將半導(dǎo)體層106維持于不含砷的氣氛下，將半導(dǎo)體層 106的表面的多余的砷去除后，還可以利用含有硫或硒的氣氛對(duì)半導(dǎo)體層106的表面進(jìn)行 處理。之后，也可再將半導(dǎo)體層106維持于不含砷、硫或硒的氣氛下?；蛘?，也可將在含有 硫或硒的氣氛下處理后的半導(dǎo)體層106的表面在含氫的環(huán)境下處理。這樣，能夠進(jìn)一步去除多余的砷。通過(guò)如上所述的處理可更加減低砷的氧化物，而可將中間層108的界面能級(jí)降低 效果協(xié)同地提高。去除多余的砷的處理，例如將半導(dǎo)體層106維持于不含砷的氣氛下的處 理、在含有硫或砷的氣氛下對(duì)半導(dǎo)體層106的表面的處理、或者在含氫氣的氣氛下對(duì)半導(dǎo) 體層106的表面的處理，均可以在例如400°C以上620°C以下的溫度下實(shí)施。所謂不含有砷的氣氛，具體而言可選擇氫氣氛、或氬等惰性氣氛、或真空環(huán)境，較 好為氫氣氛。作為含有硫或硒的氣氛下進(jìn)行的處理，可以選擇硫的氫化氣體或硒的氫化氣 體，例如含有壓5或11256的氣氛下的熱處理。作為不含有砷、硫或硒的氣氛下進(jìn)行的處理而 言，具體而言可以選擇氫氣氛、或氬等惰性氣氛、或真空環(huán)境，最好是氫氣環(huán)境。形成半導(dǎo)體層106的后，在不含砷的氣氛下維持半導(dǎo)體層106，將半導(dǎo)體層106的 表面的多余的砷去除后，半導(dǎo)體表面具有(2X4)Ga穩(wěn)定化面結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，將具有(2X4) Ga穩(wěn)定化面結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層106用包含硫或硒的氣氛進(jìn)行表面處理后，再將半導(dǎo)體層106 維持在不包含砷、硫、或硒的氣氛中，以此，可以進(jìn)一步去除多余的砷，而得到c(8X2)Ga穩(wěn) 定化面。在此，所謂(2 X 4) Ga穩(wěn)定化面結(jié)構(gòu)，是依照Wood表記法，以密勒指數(shù)表現(xiàn)的GaAs 結(jié)晶的(100)面的表面的面結(jié)構(gòu)。此時(shí)，意味著Ga露出于最表面，且再構(gòu)成表面的周期結(jié) 構(gòu)以底層晶格的2X4個(gè)份為單位結(jié)構(gòu)，朝左右上下無(wú)限重復(fù)的基本晶格表面。c(8X2)Ga 穩(wěn)定化面結(jié)構(gòu)同樣根據(jù)Wood表記法，其意味著GaAs結(jié)晶的(100)面的表面中的再構(gòu)成表 面的周期結(jié)構(gòu)是Ga露出最表面的面心晶格，以底層晶格的8X2個(gè)份為單位結(jié)構(gòu)，上下左右 無(wú)限重復(fù)的基本晶格表面。如圖3所示，在半導(dǎo)體層106的上層形成作為中間層108的例如包含硫黃的覆膜 120。另外，覆膜120的形成也可視為防止砷的氧化的處理，覆膜120的形成階段可視為是 在半導(dǎo)體層106的表面施行抗氧化處理階段，覆膜120也可代替硫而含有硒或鋁。就用以 形成含有鋁的覆膜的鋁原料而言，可例示有機(jī)鋁。用以形成含有硫的覆膜的硫原料可例示 硫的氫化物。用以形成含有硒的覆膜的硒原料可例示硒的氫化物。以鋁膜形式形成覆膜120時(shí)，有機(jī)鋁氣體例如可采用三甲基鋁氣、氫化二甲基鋁、 三乙基鋁、三異丁基鋁。當(dāng)覆膜120形成為硫化鎵覆膜或硒化鎵覆膜時(shí)，則可采用H2S氣體 或吐56氣體。另外，覆膜120的形成階段也可視為在含氫的氣氛下對(duì)半導(dǎo)體層106進(jìn)行熱處理 的階段。例如可例示以h2S為原料氣體的熱處理作為在含有氫氣氛圍下的處理。如圖4所示，在覆膜120的上層形成作為絕緣層110的覆膜122。作為覆膜122， 可例示氧化物、氮化物或氮氧化物。具體而言，可例示氧化鋁，氧化硅、氧化鉭、氧化鉿、氧化 鋯、氮化鋁、氮化硅、氮氧化硅等。覆膜122可例如使用濺射法等而形成。在覆膜122的形成階段中，在形成氧化物覆膜時(shí)有時(shí)會(huì)置放于氧化環(huán)境。但是，由 于在本實(shí)施方式中形成有防止砷的氧化的中間層108的覆膜120，故可抑制因覆膜122的形 成所導(dǎo)致半導(dǎo)體層106的表面氧化。另外，作為成為中間層108的覆膜120，當(dāng)將鋁等氧化或氮化而形成含有成為絕緣 體的元素的膜時(shí)，該氧化或氮化而成為絕緣體的元素大多在氧化或氮化環(huán)境氣下形成作為 絕緣層110的覆膜122的階段時(shí)就變化為絕緣體。結(jié)果，作為中間層108的覆膜120在抑
8制半導(dǎo)體層106的表面氧化的同時(shí)，氧化后也可與絕緣層110 —起作為絕緣膜而發(fā)揮作用。如圖5所示，形成作為控制電極112的導(dǎo)電層124。作為導(dǎo)電層124，例如可例示 任意的金屬、多晶硅、金屬硅化物等。導(dǎo)電層124可通過(guò)CVD法、濺鍍法等形成。如圖6所示，將導(dǎo)電層124、覆膜122以及覆膜120圖案化而形成控制電極112、絕 緣層110以及中間層108之后，通過(guò)導(dǎo)電膜的形成及圖案化而形成輸入輸出電極114，從而 制造如圖1所示的半導(dǎo)體裝置100。根據(jù)上述半導(dǎo)體裝置100，由于中間層108抑制了半導(dǎo)體層106的表面氧化，故可 抑制形成于控制電極112下方的絕緣層110與半導(dǎo)體層106之間的砷氧化物。結(jié)果，可以 減低界面能級(jí)，而形成實(shí)用的化合物半導(dǎo)體MISFET。(實(shí)施例1)圖7表示用反射率各向異性分光法觀察GaAs表面得到的實(shí)驗(yàn)圖譜。在將 GaAs(OOl)基板維持于反應(yīng)室后，一邊供給砷原料氣體(三丁基砷)一邊加熱至60(TC?？?以確認(rèn)截?cái)嗌樵蠚怏w后的表面狀態(tài)約經(jīng)2分鐘后則穩(wěn)定化。表面狀態(tài)的變化起因于多余 的砷的脫離，明確了多余的砷要想從表面脫離約需2分鐘左右的時(shí)間。另外，砷原料氣體截 止后的氣氛可為真空(減壓)，也可為氬等惰性氣氛。圖8表示以X射線光電分子法的光電子強(qiáng)度的分光觀察結(jié)果。虛線表示作為本實(shí) 施方式的中間層108的形成處理而實(shí)施了含硫氣體處理時(shí)的結(jié)果，實(shí)線表示與未實(shí)施含硫 氣體處理時(shí)比較的結(jié)果。作為含硫氣體處理，在600°C的溫度下供給5分鐘的H2S。需要說(shuō) 明的是，在硫氣體處理之前可應(yīng)用與圖7相關(guān)的說(shuō)明中的理論而去除多余的砷。圖8中，在結(jié)合能量43. 5eV附近被觀察到的峰值是起因于砷3d的峰值，在比砷3d 更高結(jié)合能量側(cè)的46eV附近所觀察到的峰值為起因于砷的氧化的化學(xué)位移。從第8圖可 知，當(dāng)不進(jìn)行硫氣體處理時(shí)可觀察到的起因于氧化砷的砷3d的化學(xué)位移，在進(jìn)行了硫氣體 處理(也即本實(shí)施方式的中間層108的形成處理)時(shí)未觀察到。S卩，在以X射線光電子分光法進(jìn)行的光電子強(qiáng)度的分光觀察中，在起因于砷的元 素峰值的高結(jié)合能量側(cè)并未檢測(cè)出起因于氧化后的砷的氧化物峰值，至少在現(xiàn)有的分析技 術(shù)中，無(wú)法從GaAs (半導(dǎo)體層106)的表面檢測(cè)出砷的氧化物。(實(shí)施例2)圖9表示通過(guò)反射率各向異性分光法觀察GaAs表面得到的實(shí)驗(yàn)圖譜。在圖9中， 上部表示氣體順序(gas Sequence)。實(shí)驗(yàn)圖表中的橫軸(時(shí)間)表示為與氣體順序的橫軸 (時(shí)間)一致。在時(shí)刻tl停止GaAs外延成長(zhǎng)，并一邊供給砷原料氣體(三丁基砷)和載氣(H2)， 一邊將GaAs (001)表面維持于反應(yīng)室中直至?xí)r刻t2為止。維持溫度為600°C。根據(jù)反射率 各向異性分光法光譜形狀可知在這種狀態(tài)下的GaAs表面具有c(4X4)面。在時(shí)刻t2截?cái)嗌樵蠚怏w，而僅供給載氣(H2)?？纱_認(rèn)約2分鐘后表面狀態(tài)穩(wěn)定 化。即，該狀態(tài)下的表面狀態(tài)的變化是起因于多余的砷的脫離，因此可知多余的砷從表面脫 離約需要2分鐘左右的時(shí)間。在將砷原料氣體截?cái)嗪螅?分鐘左右(時(shí)刻t3)表面即穩(wěn)定 化，根據(jù)反射率各向異性分光法光譜形狀而可知此時(shí)的GaAs表面具有(2 X 4) Ga穩(wěn)定化面。 另外，砷原料氣體截?cái)嗪蟮臍夥粘?H2的外，也可為真空(減壓)、或氬等惰性氣氛。在時(shí)刻t3供給硫化氫與載氣(H2)后，約2分鐘后(時(shí)刻t4)GaAs的表面已穩(wěn)定
9化。之后，在時(shí)刻t4截?cái)嗔蚧瘹錃怏w，且供給載體氣體(H2)，在氫氣氛下處理約500秒后 (時(shí)刻t5)GaAs表面穩(wěn)定化。根據(jù)反射率各向異性分光法光譜形狀可知此時(shí)的GaAs表面具 有c (8X2) Ga穩(wěn)定化面。圖10表示由X射線光電子分光法而得到的光電子強(qiáng)度的分光觀察結(jié)果。在圖10 左上的A表示將具有c (4 X 4)表面的GaAs表面直接取出至空氣中的試樣的分光觀察結(jié)果。 在圖10中的左中的B表示在具有c (4 X 4)表面的GaAs表面上形成含有鋁的抗氧化膜后取 出至空氣中的試樣的分光觀察結(jié)果。在圖10中左下的C表示將具有(2X4)Ga穩(wěn)定化面的 GaAs表面直接取出至空氣中后的試樣的分光觀察結(jié)果。在第10圖中的右上的D表示在具 有(2 X 4) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面上形成含有鋁的抗氧化膜后取出至空氣中的試樣的分光 觀察結(jié)果。在圖10右中的E表示將具有c (8X2)Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面直接取出至空 氣中后的試樣的分光觀察結(jié)果。在圖10中的右下的F表示在具有c(8X2)Ga穩(wěn)定化面的 GaAs表面上形成含有鋁的抗氧化膜后取出至空氣中的試樣的分光觀察結(jié)果。在圖10的A至F中，與分光觀察結(jié)果一并表示以曲線擬合(Curvefitting)法而 得到的峰值分離結(jié)果。例如圖10的A將分光觀察結(jié)果分離為3個(gè)高斯函數(shù)(Gaussian)。 3個(gè)高斯函數(shù)分別具有約40eV、約41eV、約43. 5eV的各自的峰值。具有約40eV及約41eV 的峰值的高斯函數(shù)可鑒定為來(lái)自與鎵結(jié)合的砷的3d軌道的光電子峰值；具有約43. 5eV的 峰值的高斯函數(shù)可鑒定為來(lái)自與氧結(jié)合的砷的3d軌道的光電子峰值。即，從在約43. 5eV 處具有的峰值的高斯函數(shù)的高度，可以檢測(cè)結(jié)合于氧的砷的數(shù)量。另外，根據(jù)不同的測(cè)量條 件，在圖8所示的分光觀察結(jié)果與圖10所示的分光觀察結(jié)果之間，橫軸(能值)的值有若 干差異。根據(jù)圖10的A至F所示的結(jié)果判明了以下事項(xiàng)第1，從A與B的對(duì)比、C與D的 對(duì)比、以及E與F的對(duì)比中可知，形成有含鋁的抗氧化膜的情形與什么都沒(méi)有形成的情形 相比可以減低與氧結(jié)合的砷的數(shù)量。第2，從A、C、E間的比較，或B、D、F間的比較可知，具 有c(4X4)表面的GaAs表面比具有(2 X 4) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面更容易被氧化；具有 (2 X 4) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面比具有c (8 X 2) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面更容易被氧化。最 難被氧化的是圖10的F所示的，在具有c (8 X 2) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面形成有含鋁的抗氧 化膜的時(shí)候，至少在目前的檢測(cè)精度下完全無(wú)法發(fā)現(xiàn)起因于被氧化的砷的峰值。另外，如第 10圖的D所示，當(dāng)在具有(2X4)Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面形成含鋁的抗氧化膜時(shí)，也幾乎沒(méi) 有起因于氧化砷的峰值，可以說(shuō)沒(méi)有檢測(cè)出來(lái)自與氧結(jié)合后的砷的3d軌道的光電子峰值。如上所述，得以在具有(2 X 4) Ga穩(wěn)定化面或c (8 X 2) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面抑 制與氧結(jié)合的砷的產(chǎn)生。另外，得以在含鋁的抗氧化膜中抑制結(jié)合于氧的砷的產(chǎn)生。尤其 在具有(2X4)Ga穩(wěn)定化面或c(8X2)Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面形成含鋁的抗氧化膜時(shí)，幾 乎完全可抑制與氧結(jié)合的砷的產(chǎn)生；當(dāng)在具有c (8 X 2) Ga穩(wěn)定化面的GaAs表面形成含鋁的 抗氧化膜時(shí)，則完全無(wú)法確認(rèn)與氧結(jié)合的砷的產(chǎn)生。通過(guò)抑制甚至完全消除這些與氧結(jié)合 的砷的產(chǎn)生，得以降低半導(dǎo)體層106與中間層108的界面間的界面能級(jí)。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體基板，具有含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體層；以及氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣層，在所述半導(dǎo)體層與所述絕緣層之間檢測(cè)不出砷的氧化物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其中，在以存在于所述半導(dǎo)體層與所述絕緣層 之間的元素為對(duì)象的X射線光電子分光法進(jìn)行的光電子強(qiáng)度的分光觀察中，在起因于砷的 元素峰值的高結(jié)合能量側(cè)檢測(cè)不出來(lái)自與氧結(jié)合的砷的3d軌道的光電子峰值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體基板，其中，還具有形成于所述半導(dǎo)體層與所述絕 緣層之間的、用于防止砷氧化的中間層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述中間層包含氧以外的6族元素。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述6族元素為硫或硒。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述中間層包含被氧化或氮化而成為絕 緣體的金屬元素。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述中間層包含鋁。
8.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，具有以下階段使含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體層外延成長(zhǎng)的階段；以及在所述半導(dǎo)體層的表面施以防止砷的氧化的處理的抗氧化處理階段。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中還具有將所述半導(dǎo)體層維持 在不含砷的氣氛中而去除所述半導(dǎo)體層表面的多余的砷的階段。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述抗氧化處理階段為 在所述半導(dǎo)體層的表面形成含有硫、硒、或鋁的覆膜的覆膜形成階段。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述抗氧化 處理階段是在含氫的氣氛中處理所述半導(dǎo)體層的階段。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述杭氧化 處理階段是在含氫的氣氛中，在所述半導(dǎo)體層形成覆膜的階段。
13.根據(jù)權(quán)利要求10或12所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所述覆膜的階 段之前的所述半導(dǎo)體層的表面是具有(2X4)結(jié)構(gòu)或c(8X2)結(jié)構(gòu)的Ga穩(wěn)定化面。
14.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其具有以下制造階段使含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體層外延成長(zhǎng)的階段；使所述外延成長(zhǎng)后的所述半導(dǎo)體層維持在不含砷的氣氛中的階段；以及在包含硫或硒的氣氛中處理所述被維持的所述半導(dǎo)體層的表面的階段。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，還具有在含氫的氣氛內(nèi)對(duì) 經(jīng)所述含硫或硒的氣氛處理后的所述半導(dǎo)體層的表面進(jìn)行處理的階段。
16.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述包含硫的氣氛是 含有硫的氫化物。
17.根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述含硒的氣氛含有 硒的氫化物。
18.根據(jù)權(quán)利要求14至17中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，還具有在 所述半導(dǎo)體基板的表面形成包含鋁、硫或硒的覆膜的階段。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，用以形成所述含鋁的覆膜 的鋁原料為有機(jī)鋁。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，形成所述含硫的覆膜的硫 原料為硫的氫化物。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，用以形成所述含硒的覆膜 的硒原料為硒的氫化物。
22.根據(jù)權(quán)利要求18至21中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所 述覆膜的階段前的所述半導(dǎo)體層的表面，是具有(2X4)結(jié)構(gòu)或c(8X2)結(jié)構(gòu)的Ga穩(wěn)定化
23.根據(jù)權(quán)利要求8至22中的任一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，還具有形成 氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣層的階段。
24.—種半導(dǎo)體裝置，包括含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體、以及在所述3至5族化合物的半導(dǎo)體上設(shè)置的絕緣物，在所述3至5族化合物半導(dǎo)體與所述絕緣物之間，或在所述絕緣物內(nèi)部，包含抑制砷的 氧化的中間層。
25.一種半導(dǎo)體裝置，具有權(quán)利要求1至7以及24中的任何一項(xiàng)所述的半導(dǎo)體基板、以及 所述絕緣層之上的控制電極。
全文摘要
提供一種半導(dǎo)體-絕緣體界面的界面能級(jí)降低后的半導(dǎo)體基板及其制造方法以及半導(dǎo)體裝置。提供的半導(dǎo)體基板具有含砷的3至5族化合物的半導(dǎo)體層以及氧化物、氮化物或氮氧化物的絕緣層。其是在所述半導(dǎo)體層與所述絕緣層之間檢測(cè)不出砷的氧化物的半導(dǎo)體基板。在該第一方案中，半導(dǎo)體基板可以是在以存在于所述半導(dǎo)體層與所述絕緣層之間的元素為對(duì)象的X射線光電子分光法的光電子強(qiáng)度分光觀察中，在起因于砷的元素峰值的高結(jié)合能量側(cè)檢測(cè)不出起因于氧化的砷的氧化物峰值的半導(dǎo)體基板。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101978503SQ20098010923
公開(kāi)日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2009年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者市川磨, 杉山正和, 秦雅彥, 霜垣幸浩 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人東京大學(xué);住友化學(xué)株式會(huì)社