專利名稱：：砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及晶體外延生長(zhǎng)領(lǐng)域，特別是一種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法。
背景技術(shù)：
：砷化鎵(GaAs)襯底由于其與同類產(chǎn)品相比，價(jià)格低，機(jī)械性能好，有利于集成等優(yōu)點(diǎn)，一直廣泛的應(yīng)用于微電子和光電子領(lǐng)域，用于生長(zhǎng)發(fā)光一極管IED)、激光二極管(LD)、光通訊有源器件、太陽(yáng)能電池、微波器件等。近來(lái)，為了迅速處理每年以二倍速度增長(zhǎng)的海量信息，全球高速發(fā)展的光纖通訊、國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通訊要求所制備的材料向高頻率、高帶寬以及高傳輸速度方向發(fā)展。這就要求所生長(zhǎng)的材料具有更高的遷移率，但通常這樣所外延的材料(如高銦組分的銦鎵砷(InGaAs)與砷化鎵(GaAs)襯底之間都存在著較大的晶格失配，因此在襯底和有源區(qū)之間加入緩沖層的技術(shù)就成為制作砷化鎵基半導(dǎo)體材料的關(guān)鍵技術(shù)。作為緩沖層主要有兩個(gè)作用，一方面，補(bǔ)償了襯底和有源區(qū)之間的曰曰曰格失配，另方面可以過(guò)濾由于曰曰曰格失配所產(chǎn)生的位錯(cuò)所以生長(zhǎng)平整.度度咼、缺陷少、組分精確的緩沖層對(duì)于半導(dǎo)體光電材料的制作至關(guān)重要。另外在微電子器件集成領(lǐng)域，對(duì)于半導(dǎo)體器件所用材料的絕緣性能有較咼的要求。這就提出了生長(zhǎng)咼阻緩沖層的來(lái)避免由于緩沖層漏電4:厶纟口器件集成帶來(lái)的困難本發(fā)明正是為了滿足以上的需求而提出的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法，其可提供晶體的質(zhì)量有利于后續(xù)工藝步驟的制作。本發(fā)明一種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1:取—砷化鎵襯底；實(shí)靡+、砷化鎵襯底進(jìn)行脫氧處理；步驟3:在砷化鎵襯底上生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層以獲得平整的表面步驟4:在低溫范圍內(nèi)生長(zhǎng)一銦鋁砷緩沖層該銦鋁砷緩沖層為層、兩層或多層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到外延生長(zhǎng)過(guò)程晶格常數(shù)的改變；步驟5:在生長(zhǎng)完銦鋁砷緩沖層后，升高砷化鎵襯底溫度，進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，釋放外延層的?yīng)力。3巾該銦鋁砷緩沖層為一層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層為線性銦組分漸變?cè)龃蟮慕Y(jié)構(gòu)；該銦鋁砷緩沖層為兩層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層為線性銦組分漸變?cè)龃蠹臃聪虻木彌_層結(jié)構(gòu)；該銦鋁砷緩沖層為多層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層為臺(tái)階式銦組分漸變結(jié)構(gòu)。g巾步驟2的脫氧處理是在5Q0-650。C下進(jìn)行g(shù)巾砷化鎵緩沖層的生長(zhǎng)溫度為550-700。C;生長(zhǎng)厚度為10-10Q0納米，以獲得平整的表面。其中銦鋁砷緩沖層的生長(zhǎng)溫度為250-420。c,阻止了銦鋁砷材料因生長(zhǎng)溫度過(guò)高而引起的三維生長(zhǎng)其中銦鋁砷緩沖層中銦組分x變化范圍在1-30%至30-100%之間變化，來(lái)保證后續(xù)生長(zhǎng)的外延材料的晶格匹配。其中銦鋁砷緩沖層的厚度為2QQ納米一5微米之間，以減小因晶格失配所產(chǎn)生的應(yīng)力。其中生長(zhǎng)多層銦鋁砷緩沖層時(shí)是采用停頓生長(zhǎng)的方法，即在每-■層銦鋁砷緩沖層生長(zhǎng)完成之后，停頓1—5分鐘，然后生長(zhǎng)下一層緩沖層。中所述的多層銦鋁砷緩沖層的每一層之間的銦組分差值在1一30%之間，厚度在1o—500納米之間中所述的銦鋁砷緩沖層為一層時(shí)，銦鋁砷緩沖層的厚度為1—5微米。中所述的銦鋁砷緩沖層為兩層時(shí)，銦鋁砷緩沖層的兩層銦組分差值為1—50%范圍內(nèi)。其中所述的退火溫度為470""C—520，退火時(shí)間為o—60分鐘。為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下:口CI實(shí)施例及附圖詳細(xì)說(shuō)明如后，其中圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例，其顯示多層銦鋁砷緩沖層的結(jié)構(gòu)示思圖圖2是本發(fā)明第二實(shí)施例，其顯示一層銦鋁砷緩沖層的結(jié)構(gòu)示思圖圖3是本發(fā)明第三實(shí)施例，其顯示兩層銦鋁砷緩沖層的結(jié)構(gòu)示思圖圖4是采用本發(fā)明的第一實(shí)施例制作的變形高電子遷移率晶體管結(jié)構(gòu)的示意圖圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的銦鋁砷緩沖層高分辨x射線三軸衍射曲線圖。具體施方式首先請(qǐng)參閱圖i、圖2和圖3所示，本發(fā)明種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法其特征在于，包括如下步驟:首先，取砷化鎵襯底11，放入超高真六的分子束外延生長(zhǎng)室內(nèi)升高沉底溫度至500-650下將砷化鎵襯底ii進(jìn)行脫氧處理，以得到平整的外延表面。然后在550-7Q0。C的襯底溫度下，生長(zhǎng)1Q-1000納米厚的砷化鎵緩沖層12，以獲得平整的表面，提供有利的外:延層<3然后在2,513-420。c的溫度范圍內(nèi)完成銦鋁砷緩沖層13的生長(zhǎng)在此溫度范圍內(nèi)，即阻止了銦鋁砷緩沖層材料在高溫時(shí)的二維生長(zhǎng)即生長(zhǎng)為量子點(diǎn)、結(jié)構(gòu)，又保證在所選擇的溫度范圍內(nèi)，銦鋁砷原子有充分的表面遷移而形成平整的外延表面。在生長(zhǎng)完銦鋁砷緩沖層13后升高襯底溫度至470。C-52Q°C，進(jìn)行爐內(nèi)的高溫?zé)嵬嘶?，退火時(shí)間為0-60分鐘。退火的目的是為了釋放所生長(zhǎng)的外延層中由于與襯底晶格常數(shù)不同所引起的應(yīng)力。所生長(zhǎng)的銦鋁砷緩沖層13為銦組分漸變的一層緩沖層13'(圖2)，兩層緩沖層13"(圖3)或多層緩沖層13(圖1)結(jié)構(gòu)。其中該銦鋁砷緩沖層13，為--層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層13'為線性銦組分漸變?cè)龃蟮慕Y(jié)構(gòu)；該銦鋁砷緩沖層13"為兩層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層13"為線性銦組分漸變?cè)龃蠹臃聪虻木彌_層結(jié)構(gòu);該銦鋁砷緩沖層13為多層時(shí)，該銦鋁砷緩沖層13為臺(tái)階式銦組分漸變結(jié)構(gòu)，銦組分x變化范圍在1-30%至30-100%之間變化，來(lái)保證后續(xù)生長(zhǎng)的外延材料的晶格匹配。銦鋁砷緩沖層13的總共厚度為200納米一5微米之間，以減小因晶格失配所產(chǎn)生的應(yīng)力，并過(guò)濾有于晶格失配外延生長(zhǎng)材料所產(chǎn)生的位錯(cuò)。在生長(zhǎng)多層銦鋁砷緩沖層13時(shí)是采用停頓生長(zhǎng)的方法，即在每一層銦鋁砷緩沖層l3生長(zhǎng)完成之后，停頓1一5分鐘，同時(shí)保證分子束外延生長(zhǎng)室通砷束流來(lái)保護(hù)已生長(zhǎng)的銦鋁砷緩沖層。然后生長(zhǎng)下一層緩沖層，直至生長(zhǎng)完所有的銦鋁砷緩沖層13結(jié)構(gòu)。當(dāng)所生長(zhǎng)的銦鋁砷緩沖層13為多層結(jié)構(gòu)時(shí)，每層之間的銦組分差值在1—30%之間，每一層厚度在10_500納米之間，總體厚度為1一5微米。保證所生長(zhǎng)的銦鋁砷緩沖層13有足夠的厚度以緩解應(yīng)力當(dāng)所生長(zhǎng)的銦鋁砷緩沖層13為兩層時(shí)，其兩層銦組分差值為1—50%范圍內(nèi)，用以改變外延層所受的應(yīng)力情況。由于銦鋁砷緩沖層13的晶格常數(shù)大于砷化鎵襯底晶格常數(shù)，且隨著緩沖層中銦組分的增加曰曰曰格常數(shù)不斷變大，使所生長(zhǎng)的外延層受到襯底的壓應(yīng)力，當(dāng)生長(zhǎng)第層時(shí)銦組分下降，晶格常數(shù)減小則使第二層緩沖層受到第一層緩沖層張應(yīng)力的作用。綜合兩種不同的應(yīng)力就可以使整個(gè)緩沖層處于無(wú)應(yīng)力或是應(yīng)力較小的狀態(tài)，以提高緩沖層13的晶體質(zhì)量。下面舉一例子加以說(shuō)明，以砷化鎵基變形的高電子遷移率晶體管(MMHEMT)材料為例，采用臺(tái)階式銦組分漸變的銦鋁砷緩沖層結(jié)構(gòu)，溝道層為銦鎵砷In0.52Ga0.48As)材料。如圖4所示，在半絕緣GaAs襯底上利用分子束外延方法沉積一層GaAs緩沖層11，該緩沖層厚度約150纟內(nèi)米，生長(zhǎng)溫度為580°C。如圖4所示，接下來(lái)保持As源爐打開(kāi)降低襯底溫度至3Q。C，進(jìn)行InxA1,-xAs緩沖層生長(zhǎng)。如圖4所示，InxAL-xAs緩沖層13由5層構(gòu)成41-45。其中In組分變化范圍為0.1-0.53，每層厚度為l00納米，在每一層生長(zhǎng)完成之后保持As源爐打開(kāi)，停留5分鐘。如圖4所示，在InxAl,-xAs緩沖層上生長(zhǎng)InGaAs量子阱HEMT結(jié)構(gòu)51-55，生長(zhǎng)溫度為480°C。其中包括In。.52Ga。."As溝道層51，In。.53A1。.47As隔離層52，SiS摻雜層53，In。.52Al」8As勢(shì)壘層54，In052GaojHAs帽層55。如圖5所示為多層InxA1,-xAs緩沖層高分辨X射線三軸衍射曲線圖，可以明顯分辨出每一層緩沖層都具有各自的衍射峰，說(shuō)明我們生長(zhǎng)的多層緩沖層結(jié)構(gòu)組分準(zhǔn)確、質(zhì)量較好。如表1所示，為多層InxAl,-xAs緩沖層的霍爾測(cè)試結(jié)果分析，電阻率在室溫下為2.6X104(歐姆X厘米)。證明所生長(zhǎng)的緩沖層材料具有較高電阻率，完全滿足器件集成的需要。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>權(quán)利要求1.一種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1取一砷化鎵襯底；步驟2將砷化鎵襯底進(jìn)行脫氧處理；步驟3在砷化鎵襯底上生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層，以獲得平整的表面；步驟4在低溫范圍內(nèi)生長(zhǎng)一銦鋁砷緩沖層，該銦鋁砷緩沖層為一層、兩層或多層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到外延生長(zhǎng)過(guò)程晶格常數(shù)的改變；步驟5在生長(zhǎng)完銦鋁砷緩沖層后，升高砷化鎵襯底溫度，進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，釋放外延層的?yīng)力。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法特征在于，其中所述的銦鋁砷緩沖層為一層時(shí)，銦鋁砷緩沖層的厚度為1—5微米。11，根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法特征在于，其中所述的銦鋁砷緩沖層為兩層時(shí)，銦鋁砷緩沖層的兩層銦組分差值為1一50%范圍內(nèi)。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法，特征在于其中所述的退火溫度為470。C_520°c，退火時(shí)間為o—60分鐘。全文摘要一種砷化鎵襯底上的多層變形緩沖層的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1取一砷化鎵襯底；步驟2將砷化鎵襯底進(jìn)行脫氧處理；步驟3在砷化鎵襯底上生長(zhǎng)砷化鎵緩沖層，以獲得平整的表面；步驟4在低溫范圍內(nèi)生長(zhǎng)一銦鋁砷緩沖層，該銦鋁砷緩沖層為一層、兩層或多層結(jié)構(gòu)，以達(dá)到外延生長(zhǎng)過(guò)程晶格常數(shù)的改變；步驟5在生長(zhǎng)完銦鋁砷緩沖層后，升高砷化鎵襯底溫度，進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶?，釋放外延層的?yīng)力。文檔編號(hào)H01L21/02GK101192517SQ20061014430公開(kāi)日2008年6月4日申請(qǐng)日期2006年12月1日優(yōu)先權(quán)日2006年12月1日發(fā)明者崔利杰,曾一平,朱戰(zhàn)平,段瑞飛,王寶強(qiáng),高宏玲申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所