[发明专利]半导体器件的制造方法

说明书

本发明涉及在半导体基片上进行多个化合物半导体结晶层生长的分子线外延生长方法，特别涉及在包含InGaAs层、或InAlAs层的多个化合物半导体结晶层生长时的界面改善技术。

高频性能优良的半导体器件，例如采用以GaAs为代表的Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体的肖特基栅极电解效果晶体管(FET)被广泛用于卫星广播、卫星通信、移动通信和微波干线通信中，并且要求提高其性能。特别是，在低噪音FET中，已知由于使用在沟道层和电子供给层的外延界面附近形成的二维电子气，所以对界面的平坦性和陡峭性的特性产生很大影响。在这种低噪音FET中，在性能提高上必须使电流增益截止频率(fT)高。通常，为了提高fT，按照fT=gm/2π·Cgs的关系，必须使gm(电导)增大，一般来说必须使二维电子气的迁移率和表面载流子浓度增加。再有，Cgs是栅/源之间的电容。

作为这种技术的以往例，如在特开平7-82093号公报中所披露的，在AlGaAs/InGaAs外延界面上，通过控制In的偏析，可使外延界面变得陡峭，提高二维电子气的迁移率。下面，参照图7进行说明。该图表示直接在形成低噪音FET之前的基片剖面图，31表示GaAs基片，32表示非掺杂GaAs层，33表示非掺杂In_0.15Ga_0.85As沟道层，34表示非掺杂Al_10.24Ga_0.76As衬垫层，35表示Si掺杂Al_0.24Ga_0.76As电子供给层，36表示Si掺杂GaAs间隔层。

作为这种制造方法，在生长开始前，作为GaAs基片31的清洁化处理，进行640℃15分钟的清洁处理，接着，在600℃的温度下生长0.5μm的非掺杂GaAs层32作为缓冲层之后，使基片温度下降至530℃，生长18nm的In_0.15Ga_0.85As沟道层33，并在该InGaAs沟道层33生长之后，不断供给As，但停止In和Ga的供给，同时把基板温度升至600℃，并保持1分钟。随后，开始Al、Ga的供给，生长非掺杂Al_0.24Ga_0.76As衬垫层34、Si掺杂Al_0.24Ga_0.76As电子供给层35，最后生长Si掺杂GaAs间隔层36。

图8表示在生长InGaAs沟道层33之后，直至生长随后的AlGaAs衬垫层34的原料供给切换定时和基片温度的变化。在生长InGaAs沟道层33期间，供给Ga、In、As的原料。接着，如果InGaAs沟道层33的生长结束，那么同时不断供给As，停止Ga和In的供给，使基片温度上升到600℃。然后，在达到设定温度600℃后，把该状态保持1分钟，开始Al、Ga的供给，生长非掺杂AlGaAs衬垫层34。

对于上述以往例，本发明者进行了实际制造，并对其特性进行了评价。图9表示按该制造方法生长的结晶的SIMS分析结果，图的左侧表示基板侧AlGaAs衬垫层34中的Al和InGaAs沟道层33中的In及C(碳)的深度断面。由此，可确认在AlGaAs/InGaAs外延界面上可检测出大量的碳。也就是说，在InGaAs沟道层33生长后，在停止In和Ga的供给使生长暂时停止，并且与此同时把基片温度升至600℃并保持1分钟的期间，与保持时间成比例，器件内作为杂质的碳会累积在InGaAs沟道层33的表面上。因此，即使AlGaAs/InGaAs外延界面的陡峭性提高，二维电子气的迁移率增加，但相反地表面载流子浓度减小，gmn变小，仍不能提高fT。此外，在保持时间为1分钟以下时，由于不能充分地蒸发剩余的In，所以界面陡峭性的改善不可能，未发现迁移率的增加。

本发明的目的在于提供提高AlGaAs/InGaAs外延界面的陡峭性，增加二维电子气的迁移率，并且减少AlGaAs/InGaAs外延界面的杂质累积，不减少表面载流子浓度，增加gm，提高fT的可行的制造方法。

本发明的特征在于，在半导体基片上进行多个化合物半导体结晶层的生长的分子线外延生长方法中，在生长包含In的化合物半导体结晶层后，暂时停止包含As的全部供给，在基片温度上升到In的再蒸发开始温度以上后，生长与所述包含In的化合物半导体不同的半导体结晶层。该情况下，所述包含In的化合物半导体结晶层为InGaAs、InAlAs，此外，所述再蒸发开始温度最好在600℃至630℃的范围内。