本发明专利技术涉及一种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(1)、缓冲层(2)以及一个或多个器件层(3)的堆叠半导体结构；将一层AlSb(4)沉积在所述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所述AlSb层氧化以在所述上表面的所述一个或多个区上形成一层氧化铝(5)。所述半导体器件优选地是场效应晶体管，并且所述方法优选地包括沉积源、漏和/或栅电极(6,7,8)的附加步骤。在优选实施例中，所述方法被控制以便避免使中间AlSb结构暴露在大气下和/或氧化步骤在100℃与300℃之间的温度下进行。?
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术一般地涉及ー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，本专利技术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。本专利技术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ー步处理步骤来制造。进ー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)測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エ艺沉积。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測量由缺陷表面陷阱(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。本专利技术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。根据本专利技术的第一方面，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； 将ー层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ー层氧化铝。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A10z、AlOz:OH和/或其他水合氧化铝。所述氧化铝层可以包括少量AlSbyOz,但优选地是基本上无锑的。在本专利技术中，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ー层AlSb (锑化铝)沉积在所述表面的ー个或多个区上，并且然后在存在水的情况下使AlSb层氧化以在ー个或多个区上形成ー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ー步氧化。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°C的温度下使含铝的II1-V族半导体暴露在含水环境下由含招的II1-V族半导体材料形成(參见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II1-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广25 u m范围的厚度。本专利技术人已经发现，质量良好的氧化铝层可以通过首先将ー层锑化铝(AlSb)沉积在所述表面的一个或多个区上(从而形成具有AlSb层的中间结构)并且然后在存在水的情况下使AlSb层氧化而产生在半导体表面上。对氧化铝层的生产使用AlSb具有优于其他含铝的II1-V族半导体材料的若干重要的技术优点:首先，AlSb是便于通过外延技术沉积的ニ元半导体；其次，锑(Sb)在氧化工艺中被馏出，让很少的或没有残留的Sb留在氧化层中；以及再次，AlSb不包含诸如In或Ga之类的不利的半导体内含物(InO和GaO是不良栅极介电质，所以In和/或Ga的残留氧化物在由本专利技术所形成的氧化铝层中是不希望的)。而且-尽管本专利技术的方法可以与含有一系列半导体材料的堆叠半导体结构(诸如，例如GaAs或InGaAs器件、以及它们的前体结构)一起使用_但是对于诸如InSb或GaSb晶体管之类的基于锑化物的器件来说，使用锑化物层是特别方便的。AlSb层优选地通过外延生长技术沉积。此类技术对于技术人员而言是众所周知的，并且包括金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)、原子层沉积(ALD)、迁移增强分子束外延(MEMBE)、物理气相沉积(PVD)以及化学束外延(CBE)。MBE是特别优选的技木，因为它是排除污染并且提供受控生长条件的UHV沉积方法。然而，在某些情况下，可以优选优于MBE的MOCVD。通过使在外延半导体堆叠上沉积的AlSb层暴露在水中持续各个持续时间，本专利技术人已经发现本エ艺是自我限制的，并且仅AlSb被氧化。而且，基本上所有的AlSb层都可以被转换为氧化铝，这意味着所沉积的AlSb层的厚度可以被用来控制氧化铝层的厚度。因为AlSb和氧化铝具有不同的晶格(lattice)參数，所以氧化铝层的厚度与AlSb层的厚度相关，但未必与AlSb层的厚度相同。对AlSb沉积使用外延技术允许AlSb层的厚度被精确地控制在单层水平下。对于晶体AlSb层的张驰的临界厚度在(例如)35% AlInSb缓冲层上约为5个单层。然而，大于这个的AlSb厚度可以用本专利技术的方法来沉积，因为AlSb被转换成非晶氧化铝，并且位错在AlSb中的存在将不使其材料质量降级。在本专利技术的一个优选实施例中，氧化铝层作为钝化层(也就是说，当堆叠半导体结构被暴露于大气时阻止另外的表面氧化的层)。本专利技术人已经发现，为了提供表面钝化，氧化铝层优选地具有2.5 nm或更大的厚度，更优选地具有2.5 nm 10 nm范围内的厚度，以及甚至更优选地具有3.5 nm 10 nm范围内的厚度。为了产生适于用作为钝化层的氧化铝层，AlSb被合宜地沉积到至少8至12个单层的厚度。理想地，AlSb的厚度不超过35个单层。具有由本专利技术产生的氧化铝钝化层的堆叠半导体结构可以从氧化室中移除，并且经受另外的器件处理步骤。优选地，AlSb被沉积在堆叠半导体结构的整个上表面上。本专利技术人已经发现，具有小于约2.5 nm的厚度的氧化铝层(其相当于约8个单层厚的沉积AlSb层)对于大气而言是不完全稳定的，并且因此，通常不适合作为钝化层。然而，本专利技术的方法仍然产生具有良好材料性质的氧化铝层-特别地低缺陷密度-而这意味着它可以被用作为介电材料层，或者用作为用于ー个或多个另外的材料层的随后沉积的表面层。对于高介电常数介电材料的后续沉积将氧化铝层用作为受控表面能够改善，或者大大地避免与将介电层形成在半导体器件中的现有技术方法相关联的‘电荷俘获’问题。换句话说，能够控制DIT密度，从而改进高频性能。在本专利技术的另ー优选实施例中，因此，AlSb层被沉积到在氧化时产生能够作为介电材料层和/或作为用于ー个或多个另外的材料层的后续沉积的受控表面的氧化铝层的厚度。AlSb层的厚度优选地小于8个单层，如果它将被用本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.07.21 GB 1012236.41.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括以下所述步骤: 提供包括衬底、缓冲层以及ー个或多个器件层的堆叠半导体结构； 将ー层AlSb沉积在所述堆叠结构的上表面的ー个或多个区上；以及 在存在水的情况下使所述AlSb层氧化以在所述上表面的所述ー个或多个区上形成一层氧化铝。2.根据权カ要求I所述的方法，其中，所述AlSb层通过外延技术来沉积。3.根据权カ要求2所述的方法，其中，所述外延技术是MBE。4.根据权カ要求I至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括用于形成所述ー个或多个区的掩模步骤。5.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，基本上所有的所述AlSb都被转换为氧化招。6.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述氧化铝层的厚度与所述沉积的AlSb层的厚度相关。7.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述AlSb层被沉积到在氧化时产生能够作为钝化层的氧化铝层的厚度。8.根据权カ要求7所述的方法，其中，所述AlSb层被沉积到至少8个单层的厚度。9.根据权カ要求I至6中任一项所述的方法，其中，所述AlSb层被沉积到在氧化时产生能够作为介电材料层和/或作为用于ー个或多个另外的材料层的后续沉积的受控表面的氧化铝层的厚度。10.根据权カ要求9所述的方法，其中，所述AlSb层被沉积到小于8个单层的厚度。11.根据权カ要求9或权カ要求10所述的方法，其中，所述ー个或多个另外的材料层是高介电常数介电材料的层。12.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述氧化步骤在100°C与300°C之间的温度下进行。13.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述方法被控制以便避免使所述中间AlSb结构暴露在大气下。14.根据权カ要求13所述的方法，其中，所述氧化步骤在UHV条件下进行。15.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述AlSb沉积步骤和氧化步骤在単独的反应室中进行。16.根据权カ要求15所述的方法，其中，所述中间AlSb结构在排除氧气的条件下被转移到第二反应室。17.根据任一前述权カ要求所述的方法，其中，所述缓冲层包括II1-V族半导体，优选地三元II1-V族半导体。18.根据权カ要求17所述的方法，其中，所述缓冲层包括AlxIrvxSb...
【专利技术属性】
技术研发人员：MT埃梅尼，PO杰克逊，DJ瓦利斯，
申请(专利权)人：秦内蒂克有限公司，
类型：
国别省市：
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