專利名稱：Iii-v族半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)和制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般來(lái)說(shuō)涉及一種半導(dǎo)體器件，更詳細(xì)地說(shuō)，涉及(但不局限于)一種應(yīng)用由鋁組成的一絕緣層的砷化鎵半導(dǎo)體器件和制造方法。
在典型情況下應(yīng)用一個(gè)氮化硅層和一個(gè)覆蓋在該氮化硅層上的二氧化硅層來(lái)保護(hù)砷化鎵半導(dǎo)體材料的表面。應(yīng)用一種高功率的反應(yīng)離子刻蝕工藝來(lái)除去該二氧化硅層的一部分。在器件外形尺寸已縮小時(shí)，要在不刻蝕下面的氮化硅層的情況下在整個(gè)片子上保持對(duì)于該二氧化硅層的一種均勻的刻蝕是困難的。這種困難導(dǎo)致由反應(yīng)離子刻蝕引起的對(duì)于砷化鎵表面的損傷。這種對(duì)于砷化鎵表面的損傷導(dǎo)致較低的器件成品率，較差的電特性和較差的該半導(dǎo)體器件的性能。
因此，很希望有這樣一種可進(jìn)行制造的工藝，該工藝可用于制造沒有由反應(yīng)離子刻蝕引起的損傷的砷化鎵器件。


圖1說(shuō)明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例在開始制造階段內(nèi)的放大了的剖面圖;
圖2說(shuō)明本發(fā)明的該實(shí)施例在稍后的制造階段的放大了的剖面圖;
圖3說(shuō)明本發(fā)明的該實(shí)施例在較圖2所示更后的制造階段的一個(gè)放大了的剖面圖;
圖4說(shuō)明本發(fā)明的該實(shí)施例在一個(gè)較圖3所示更后的制造階段的放大了的剖面圖;
圖5說(shuō)明本發(fā)明的該實(shí)施例在一個(gè)較圖4所示更后的制造階段內(nèi)的一個(gè)放大了的剖面圖;
圖6說(shuō)明本發(fā)明的該實(shí)施例在較圖5所示更后的制造階段的放大了的剖面圖。
本發(fā)明通過應(yīng)用一個(gè)由鋁構(gòu)成的介質(zhì)層作為刻蝕停止層來(lái)形成該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體器件，以便使該半導(dǎo)體表面不受覆于其上由硅和氧組成的介質(zhì)層的(高功率的)反應(yīng)離子刻蝕(RIE)的影響。如不應(yīng)用該由鋁組成的介質(zhì)層的話，由于在整個(gè)片子上的刻蝕速率的不均勻性，該半導(dǎo)體材料的表面將被暴露在高功率的RIE中。該半導(dǎo)體材料暴露在高功率RIE中會(huì)在半導(dǎo)體材料內(nèi)產(chǎn)生電活性缺陷。正如以下將要描述的那樣，本發(fā)明防止該半導(dǎo)體材料暴露于高功率RIE中，因此可以用小的外形尺寸來(lái)制造Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體器件。
圖1說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的一個(gè)放大了的剖面圖。在該圖中示出由一種Ⅲ-Ⅴ族化合物組成的半導(dǎo)體材料10。半導(dǎo)體材料10由砷化鎵(GaAs)組成是較為可取的。首先，在半導(dǎo)體材料10的表面上形成一個(gè)氮化硅層12以防止半導(dǎo)體材料10放出氣體(outgassing)?？梢詰?yīng)用其它防止放出氣體的介質(zhì)層?？梢圆捎迷诒绢I(lǐng)域熟知的常規(guī)措施形成氮化硅層12，為了在一個(gè)其后的工藝過程中保護(hù)該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的表面，氮化硅層12的厚度在約100至1000埃的范圍內(nèi)是較為可取的。
其次，在氮化硅層12上形成一個(gè)由鋁組成的介質(zhì)層13。例如，介質(zhì)層13可以由氮化鋁或氧化鋁組成。通過采用氬和氮或氧氣的鋁的反應(yīng)濺射形成介質(zhì)層13是較為可取的。可以應(yīng)用其它的工藝，如金屬-有機(jī)物化學(xué)汽相淀積。介質(zhì)層13的厚度在約100至1000埃的范圍內(nèi)是較為可取的。該下限的確定是考慮到要避免在厚度較薄時(shí)形成針孔，如形成針孔的話，介質(zhì)層13將失去其阻止刻蝕的特性，而該上限的確定是考慮到由于介質(zhì)層13的底切(undercutting)對(duì)尺寸控制帶來(lái)的損失。為了使介質(zhì)層13在其刻蝕停止特性和易于刻蝕兩方面達(dá)到最佳程度，介質(zhì)層13的厚度最好在約300至500埃的范圍內(nèi)。正如下面將要進(jìn)一步描述的那樣，介質(zhì)層13起到一種犧牲的刻蝕停止層的作用。
因?yàn)榻橘|(zhì)層13覆蓋在氮化硅層12上面，故必須提供不含氫和水分的氮化硅層12。否則，因介質(zhì)層13阻止上述氫和水分的釋放，這會(huì)導(dǎo)致氮化硅層12的龜裂。
其后，在介質(zhì)層13上面形成一個(gè)由硅和氧組成的介質(zhì)層14。在一個(gè)較佳的實(shí)施例中，介質(zhì)層14由二氧化硅(SiO2)組成，這是因?yàn)樵诎雽?dǎo)體制造工藝中廣泛使用二氧化硅，但也可以使用例如一種氮氧化硅(SiOxNy)?？蓱?yīng)用典型的淀積工藝(如等離子增強(qiáng)型化學(xué)汽相淀積)來(lái)形成介質(zhì)層14。為了起到下一步離子注入工藝的掩模的作用，介質(zhì)層14的厚度在約1000至7000埃的范圍內(nèi)是較為可取的。
然后除去介質(zhì)層14和介質(zhì)層13的一部分，以便在一個(gè)有源區(qū)15上面形成一個(gè)開口，該有源區(qū)15是在將要形成半導(dǎo)體器件有源部分的半導(dǎo)體材料10的區(qū)域內(nèi)。
除去介質(zhì)層14和介質(zhì)層13的方法是本發(fā)明的一個(gè)重要的特征。首先，應(yīng)用一種采用氟基等離子體的反應(yīng)離子刻蝕除去介質(zhì)層14。典型的氟基等離子體包括C2F6、SF6、CF4和CHF3。因?yàn)榇涛g層的側(cè)壁斜度的可控性，應(yīng)用一種碳氟基化合物的等離子體是較為可取的。
重要的是要注意氟基等離子體不刻蝕由鋁組成的介質(zhì)層13。這一點(diǎn)是重要的，因?yàn)榘雽?dǎo)體材料10的表面可得到完全的保護(hù)，使其不暴露于為了刻蝕介質(zhì)層14而使用的高功率RIE。在一種實(shí)際的器件制造過程中，為了能適應(yīng)刻蝕率在整個(gè)片子上的不均勻性、刻蝕率隨時(shí)間的波動(dòng)和待刻蝕的已淀積薄膜的厚度變動(dòng)，需要一定程序的過度刻蝕。因?yàn)楸景l(fā)明中的介質(zhì)層13對(duì)于氟基等離子體來(lái)說(shuō)是一種絕對(duì)的刻蝕停止層，故它將使所有在淀積和刻蝕介質(zhì)層14期間發(fā)生的工藝波動(dòng)得到緩沖。因此，通過在制造工藝中應(yīng)用介質(zhì)層13，Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體器件的制造將變得較簡(jiǎn)單和容易，這是因?yàn)閷?duì)諸如刻蝕設(shè)備類型、晶片直徑和光刻掩模密度等方面沒有依賴性而有更大的工藝自由度。
然后，較為可取的是用一種氫氧化銨溶液(NH4OH)除去介質(zhì)層13。該溶液的大致比例為NH4OH∶H2O(1∶10)，最好在約為20至40℃的溫度下使用。也可用其它的濕法化學(xué)方法，但稀釋的氫氧化銨溶液較佳，這是因?yàn)槭褂迷撊芤嚎傻玫揭环N可重復(fù)的刻蝕率，而且該溶液與砷化鎵相兼容。注意以下這一點(diǎn)也是重要的，即在使介質(zhì)層13經(jīng)受高溫(高于約500℃)處理步驟之前要除去為了進(jìn)行下一步工藝而必須除去的那部分介質(zhì)層13。已發(fā)現(xiàn)介質(zhì)層13在經(jīng)受高溫處理步驟之后就變得難于除去了。這一點(diǎn)與其它作者在過去發(fā)表的觀點(diǎn)是相反的。
一般認(rèn)為在使介質(zhì)層13暴露于一種氟基等離子體中時(shí)，在介質(zhì)層13的表面上形成少量的氟化鋁層，并且當(dāng)使該氟化鋁層經(jīng)受高溫處理時(shí)，發(fā)生一種改變?cè)摲X層的化學(xué)性質(zhì)的反應(yīng)，從而導(dǎo)致用任何已知的刻蝕劑都不可能除去該層。本發(fā)明通過在除去該介質(zhì)層13之前避免使其經(jīng)受高溫處理來(lái)把該介質(zhì)層13用作一種可犧牲的層。
圖1說(shuō)明在已對(duì)介質(zhì)層13和介質(zhì)層14刻蝕出圖形以便提供半導(dǎo)體材料10的一個(gè)有源區(qū)15之后的結(jié)構(gòu)。此外，應(yīng)用大家熟知的技術(shù)在半導(dǎo)體材料10的有源區(qū)15內(nèi)形成一個(gè)溝道區(qū)16。在典型情況下，進(jìn)行穿過氮化硅層12的、硅雜質(zhì)的離子注入。
圖2說(shuō)明圖1的結(jié)構(gòu)在下一步工藝時(shí)的情況。首先，除去在有源區(qū)15上的氮化硅層12的暴露部分。通過使用一種低功率的氟基等離子體來(lái)完成對(duì)于上述氮化硅層12暴露部分的去除。雖然可以使用其它的適合于在這種低功率下應(yīng)用的刻蝕劑，但一種合適的等離子體由在功率為100至200瓦下使用的SF6組成。重要的是要使用一種低功率等離子體，以使在溝道區(qū)16內(nèi)的半導(dǎo)體材料10的表面不受到損傷。任何對(duì)于表面的損傷都將留下或產(chǎn)生電活性缺陷，這種缺陷會(huì)導(dǎo)致對(duì)于理想二極管特性的偏離，例如高的二極管理想因子和低的肖特基勢(shì)壘高度。
在除去氮化硅層12之后，形成柵層18和硬的掩模層19，并在有源區(qū)15的一部分上面刻蝕出圖形。使用常規(guī)的光刻和腐蝕技術(shù)來(lái)形成柵層18和硬掩模層19。柵層18最好由一種難熔金屬或如鈦-鎢-氮化物、鎢-硅、鎢-氮化物、鎢-硅-氮化物等金屬組成。硬掩模層19由一種如二氧化硅的絕緣層的材料組成。硬掩模層19是可有可無(wú)的，可以在沒有硬掩膜層19的情況下制造上述器件結(jié)構(gòu)，但如有該層的話，對(duì)改善上述器件的可制造性較有利。其次，在包括介質(zhì)層14、半導(dǎo)體材料10的已暴露表面、柵層18和硬掩模層19的器件表面上形成氮化硅層20。然后在絕緣層20上形成由鋁組成的絕緣層22，其后在絕緣層22上形成介質(zhì)層24。如以上所述的形成層12、13和14的方式形成層20、22和24。如以上所揭示的那樣對(duì)介質(zhì)層24和絕緣層22進(jìn)行刻蝕以形成側(cè)壁隔離層。在器件的每個(gè)垂直側(cè)壁上都形成側(cè)壁隔離層，但為了說(shuō)明方便，沒有對(duì)層12、13和14的側(cè)壁進(jìn)行說(shuō)明。
圖4說(shuō)明在較后的工藝中的圖3的結(jié)構(gòu)。在半導(dǎo)體材料10的一部分中形成源區(qū)和漏區(qū)30，源和漏區(qū)30與溝道區(qū)16交迭。用常規(guī)方法形成源區(qū)和漏區(qū)30，例如可以通過離子注入或其它技術(shù)來(lái)形成。
圖5說(shuō)明在較后的工藝中的圖4的結(jié)構(gòu)。在整個(gè)結(jié)構(gòu)的表面上形成一個(gè)二氧化硅層32。然后可通過使用緩沖的氫氟酸的濕法腐蝕工藝除去二氧化硅層32的一部分。其后通過應(yīng)用以上所述的刻蝕氮化硅層12的刻蝕工藝除去在源區(qū)和漏區(qū)30上的氮化硅層20的一部分。再淀積一個(gè)歐姆金屬層40，并應(yīng)用剝離技術(shù)以形成對(duì)于源區(qū)和漏區(qū)30的電接觸。舉例來(lái)說(shuō)，歐姆金屬40可由金-鍺-鎳(AuGeNi)、鎳-鍺-氮化鎢(NiGeWN)或鎳-鍺-鎢(NiGeW)組成。在該實(shí)施例中不需要硬掩模層19。在另一種方式下，如在圖6中所說(shuō)明的那樣，可通過除去氮化硅層20的暴露部分、淀積歐姆金屬層40和在源區(qū)和漏區(qū)30上刻蝕出歐姆金屬層40的圖形來(lái)形成歐姆金屬層40。在該實(shí)施例中，應(yīng)用硬掩模層19以防止由于圖形沒對(duì)準(zhǔn)的公差而引起歐姆金屬層40與柵層18發(fā)生可能的物理接觸是較為可取的。
權(quán)利要求
1.一種制造Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，其特征是包括以下步驟提供一個(gè)具有一主表面的Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料；在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的該主表面上形成第一氮化硅層；在該氮化硅層上形成由鋁組成的第一介質(zhì)層；在該第一介質(zhì)層上形成由硅和氧組成的第二介質(zhì)層；以及在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的有源區(qū)上除去一部分第二介質(zhì)層和一部分第一介質(zhì)層。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中形成第一氮化硅層的步驟包括形成實(shí)際上不含水分和氫的第一氮化硅層。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中除去一部分第二介質(zhì)層的步驟包括應(yīng)用一種氟基反應(yīng)離子刻蝕除去該第二介質(zhì)層的一部分。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中除去一部分第一介質(zhì)層的步驟包括應(yīng)用一種氫氧化銨溶液除去該第一介質(zhì)層的一部分。
5.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中除去一部分第一介質(zhì)層的步驟包括應(yīng)用一種比例大致為NH4OH∶H2O(1∶10)的氫氧化銨溶液和在約20至40℃的溫度下除去該第一介質(zhì)層的一部分。
6.按照權(quán)利要求1中所述的方法，其中除去該第一介質(zhì)層的一部分的步驟包括在使該第一介質(zhì)層經(jīng)受一個(gè)高于約500℃的溫度的處理之前除去該第一介質(zhì)層的一部分。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征是還包括以下步驟在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的有源區(qū)內(nèi)形成一個(gè)溝道區(qū);除去該第一氮化硅層;在該有源區(qū)內(nèi)的該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的一部分上面形成一個(gè)柵層;在該半導(dǎo)體材料、該柵層和該第二介質(zhì)層上面形成一個(gè)第二氮化硅層;在該第二氮化硅層上面形成一個(gè)由鋁組成的第三介質(zhì)層;在該第三介質(zhì)層上面形成一個(gè)由硅和氧組成的第四介質(zhì)層;除去該第四介質(zhì)層的一部分和該第三介質(zhì)層的一部分從而至少形成一個(gè)與該柵層相鄰的側(cè)壁隔離層;在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料內(nèi)形成一個(gè)源區(qū)和一個(gè)漏區(qū);以及除去該第二氮化硅層的一部分。
8.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征是包括一種Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料;一個(gè)配置在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的一部分上的氮化硅層;一個(gè)配置在該氮化硅層上面、由鋁組成的第一介質(zhì)層;以及一個(gè)配置在該第一介質(zhì)層上面、由硅和氧組成的第二介質(zhì)層。
9.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征是包括一種Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料;一個(gè)配置在該Ⅲ-Ⅴ族半導(dǎo)體材料的一部分上的柵層;一個(gè)配置在該半導(dǎo)體材料的一部分之上和在該柵層上面的氮化硅層;以及一個(gè)包括由鋁組成的第一介質(zhì)層和由硅和氧組成的第二介質(zhì)層組成的隔離層，其中把該第二介質(zhì)層配置在該第一介質(zhì)層上面以及把該隔離層配置在該氮化硅層的一部分上面與該柵層相鄰處。
10.按照權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其中所述第一介質(zhì)層由氮化鋁組成。
全文摘要
制造一種具有小圖形尺寸III-V族半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法。在III-V族半導(dǎo)體材料上形成一氮化硅層并在該層上形成由鋁組成的介質(zhì)層。再在此介質(zhì)層上形成由硅和氧組成的另一個(gè)介質(zhì)層。在用高功率的反應(yīng)離子刻蝕法刻蝕由硅和氧組成的介質(zhì)層時(shí)鋁介質(zhì)層起到刻蝕停止層的作用。然后可用濕法刻蝕劑刻蝕由鋁組成的介質(zhì)層，而實(shí)際上不刻蝕氮化硅層。通過在氮化硅層和由硅和氧組成的介質(zhì)層之間形成由鋁介質(zhì)層可防止高功率反應(yīng)離子刻蝕造成的表面的損傷。
文檔編號(hào)H01L21/033GK1113606SQ9510658
公開日1995年12月20日 申請(qǐng)日期1995年6月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年6月6日
發(fā)明者賈欣·喬, 凱利·W·凱爾, 韋恩·A·克羅寧, 馬克·德拉姆, 喬納森·K·阿布羅克瓦 申請(qǐng)人:摩托羅拉公司