專利名稱：用于阻止半導(dǎo)體層混合的方法以及層狀結(jié)構(gòu)的制作方法
用于阻止半導(dǎo)體層混合的方法以及層狀結(jié)構(gòu)
背景技術(shù)：
已知重?fù)诫s砷化鎵(GaAs)的η型產(chǎn)生多種缺陷，這些缺陷可以移動(dòng)貫穿整個(gè)半導(dǎo)體層。這些缺陷可以從它們起始的半導(dǎo)體層中移出進(jìn)入一堆半導(dǎo)體層的所有其他層中。當(dāng)移動(dòng)進(jìn)入其他層時(shí)，這些缺陷可以引起這些其他層與它們的摻雜劑輪廓相混合。層以及摻雜劑輪廓的這種混合是所不希望的，因?yàn)樗赡芨淖儾牧咸匦?，包括帶隙、電?dǎo)率，以及相對于未混合層的蝕刻速率。因此用于阻止混合的一種方法將是有很大益處的。當(dāng)重?fù)诫s的η型(例如，> lel8cm-3)GaAs被置于該半導(dǎo)體層堆中的任何位置時(shí)， 在外延生長期間，磷化銦鎵(InGaP)以及基于砷的層(例如，GaAs、AlAs、InAs層以及所有它們的組合-如AlGaAS、InGaAS、AlInAS、等)典型地經(jīng)歷第V族元素(磷⑵以及砷(As)) 嚴(yán)重混合。也存在摻雜劑擴(kuò)散以及存在第III族元素的混合。InGaP以及InAKiaAs層堆具有多種應(yīng)用(用于半導(dǎo)體器件制造的蝕刻層，以及用于光學(xué)應(yīng)用的分布式布拉格反射鏡 (DBR)堆是許多實(shí)例中的兩個(gè))，其中這樣的擴(kuò)散和混合對于半導(dǎo)體器件的加工和/或功能是高度有害的。典型的半導(dǎo)體器件是通過以控制方式沉積多個(gè)半導(dǎo)體層來制造的，通常通過例如金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)或分子束外延(MBE)這樣的技術(shù)進(jìn)行制造。這些層可以由恒定構(gòu)成以及摻雜組成，或在這些之中的兩者之一或兩者中，它們可以含有多個(gè)梯度和/ 或不連續(xù)性。通常地，多個(gè)層被依次制造，形成被設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)一定的電、光、或其他功能的一堆半導(dǎo)體層。在此的術(shù)語“層”是指具有有限厚度以及至少一個(gè)水平的構(gòu)成和摻雜密度的半導(dǎo)體材料的一個(gè)區(qū)域。一個(gè)“堆”、“層堆”、或“層狀結(jié)構(gòu)”是指多個(gè)層，并且因此還可以包含多于一種構(gòu)成或摻雜密度。在(Al，In)GaAs層與InGaP之間存在非常高的濕蝕刻劑選擇性，這允許在器件制造過程期間進(jìn)行高度的控制。然而，如果這些層中的材料變得彼此相混合，這種濕蝕刻劑選擇性將失去。顯著地與基于砷的層相混合WhGaP蝕刻停止層可以變成根本難以蝕刻。在其他情況下，取決于蝕刻化學(xué)以及層厚度，混合的InGaP蝕刻停止層可以無意中被取出(蝕刻)，因此未能作為蝕刻停止層而對它的預(yù)期目的有用。當(dāng)雙極晶體管結(jié)構(gòu)在一個(gè)場效應(yīng)晶體管(FET)結(jié)構(gòu)上生長時(shí)，存在使用InGaP以及InMGaAs層組合作為蝕刻停止層的一個(gè)這樣的實(shí)例。通過將雙極的以及場效應(yīng)晶體管的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合在同一個(gè)整體電路中，這些結(jié)構(gòu)可以解決在最小地增加模具尺寸下對于更好的電路功能性的要求。這樣一種器件的一個(gè)具體實(shí)例是雙極高電子遷移率晶體管(BiHEMT)， 其中一種異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)結(jié)構(gòu)在一個(gè)高電子遷移率晶體管(HEMT)結(jié)構(gòu)的頂部上生長。該HBT是一種特殊類型的雙極晶體管并且HEMT是一種特殊類型的FET，它們各自具有相關(guān)優(yōu)點(diǎn)。由于它的高增益以及低基流，HBT是有利的，并且由于高通道電子速度以及相關(guān)的高頻率性能，HEMT是有利的具體類型的HEMT器件包括假HEMT(pHEMT)或變形 HEMT (mHEMT)。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易理解的，pHEMT和mHEMT兩者都是HEMT的亞組，就像HEMT是FET的一個(gè)亞組一樣。BiHEMT電路對于許多應(yīng)用是具有吸引力的，例如無線手機(jī)以及無線局域網(wǎng)絡(luò)。例如，可以將功率放大器電路和開關(guān)整合到一個(gè)BiHEMT芯片中而不是在一個(gè)HBT結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)分開的功率放大器電路以及在一個(gè)HEMT結(jié)構(gòu)中具有一個(gè)分開的開關(guān)電路。被包含在一個(gè)BiHEMT半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)中的GaAs接觸層的厚度和摻雜水平足以引起在通過MOCVD或MBE的層形成期間的InGaP蝕刻停止層與周圍基于砷(GaAs、AlAs、InAs、 AlGaAs, InGaAs、AlInAs、AUnGaAs)的層的嚴(yán)重混合。這使得InGaP蝕刻停止層以及周圍層的蝕刻非常難以控制。蝕刻停止層可以存在于一個(gè)BiHEMT結(jié)構(gòu)中的多個(gè)位置。最常見的位置是在HEMT與HBT層狀結(jié)構(gòu)之間和/或在HEMT結(jié)構(gòu)中剛好在肖特基層之上。對于前者而言，在濕蝕刻過程期間該蝕刻停止層被用來選擇性地去除所希望的位置中的HBT層， 剝離下面的HEMT結(jié)構(gòu)用于隨后處理。對于后者而言，一旦HEMT結(jié)構(gòu)已經(jīng)被剝離，該蝕刻停止層被用來選擇性地從HEMT中去除接觸或其他任選的層從而將肖特基接觸(有時(shí)也稱為門接觸)定位在距離該HEMT通道所希望的距離處的肖特基層之上。這個(gè)距離對于控制，例如，該HEMT的夾斷電壓是關(guān)鍵性的。磷酸H2A H20的混合物是用于GaAs以及AKiaAs的一種常用蝕刻劑，該蝕刻劑不蝕刻InGaP。HCl是一種常用的InGaP蝕刻劑，該蝕刻劑不蝕刻GaAs或AlGaAs。然而， 如果InGaP層變成與周圍包含As的層相混合，則或者HCl將不能去除InGaP，抑或該磷酸混合物將蝕刻透過該InGaP(由于它的有缺陷的性質(zhì))，這取決于InGaP層的厚度以及酸的確切濃度。應(yīng)當(dāng)理解的是其他濕蝕刻組合將具有與InGaP蝕刻停止層混合的類似問題。這兩種類型的故障將妨礙正常工作的BiHEMT器件的制造。對于蝕刻停止層分離HEMT以及HBT層的情況而言，無意中移開蝕刻停止層(例如，用磷酸混合物)將導(dǎo)致所不希望的HEMT接觸層的蝕刻并且可以降低HEMT特性，例如接觸電阻。如果該蝕刻停止層濕蝕刻(例如，HCl)不能去除該蝕刻停止層，隨后的HEMT處理步驟(這些步驟依賴于InGaP蝕刻停止層的缺乏)，如歐姆接觸形成或凹陷蝕刻，將受到影響。對于用于產(chǎn)生門凹陷(gate recess)以及定位HEMT的肖特基接觸的蝕刻停止層的情況而言，InGaP與周圍的基于砷的層的混合將引起多個(gè)問題。無意中去除蝕刻停止層 (例如，用磷酸混合物)將導(dǎo)致所不希望的在該肖特基層之下的HEMT層的蝕刻。這些可以包括通道以及間隔層，這些層容納攜帶電流通過該HEMT結(jié)構(gòu)的電子。如果這些層中的電子濃度降低，或者如果這些層被完全除去，則HEMT的漏電流將比所希望的低得多。如果，蝕刻停止層濕蝕刻(例如，HCl)不能去除該蝕刻停止層，則肖特基接觸將被置于混合的蝕刻停止層的表面上，而不是在如所希望的肖特基層上。由于蝕刻停止層和肖特基層的構(gòu)成是不同的，并且由于混合的蝕刻停止層是高度缺陷的，肖特基接觸的特性被降低。具體地說，這導(dǎo)致夾斷電壓改變，并且還可以伴隨有泄漏或門的非理性狀態(tài)的增加。此外，通過在MOCVD或MBE在HEMT層之上的HBT層的生長引起在HEMT層中的摻雜劑輪廓(通常地硅)變得模糊和/或增寬。適當(dāng)?shù)陌仓眠@些摻雜劑是關(guān)鍵性的(例如， 對于導(dǎo)通電阻、夾斷電壓、以及被包含在BiHEMT中的HEMT器件的擊穿電壓)。在此描述的這些降低機(jī)制的一項(xiàng)或兩者(InGaP混合以及摻雜劑輪廓模糊/增寬)可以同時(shí)地發(fā)生并且兩者均導(dǎo)致HEMT器件的較差性能。由于上述原因，對于沉積阻止InGaP層混合以及摻雜劑輪廓增寬的半導(dǎo)體層的方法存在需要。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明總體上是針對一種半導(dǎo)體器件以及用于制造半導(dǎo)體器件的一種方法。在一個(gè)實(shí)施方案中，該半導(dǎo)體器件包括一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層，以及一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層。一個(gè)蝕刻停止層位于該第一與第二層之間。一個(gè)P型層位于該蝕刻停止層與該第二層之間，由此該P(yáng)型層抑制了該蝕刻停止層與基于砷的這些半導(dǎo)體層中的至少一層的混合。在另一個(gè)實(shí)施方案中，該半導(dǎo)體器件包括一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層以及一個(gè)蝕刻停止層，以及一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層。一個(gè)P型層位于該蝕刻停止層與該第二層之間，由此該P(yáng)型層抑制了該蝕刻停止層與基于砷的這些半導(dǎo)體層中至少一層的
混合O在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是制造半導(dǎo)體器件的一種方法，該方法包括以下步驟沉積一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層以及一個(gè)蝕刻停止層，沉積一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層，其中該蝕刻停止層位于該第一與第二層之間，并且將一個(gè)P型層沉積在該蝕刻停止層與該第二層之間，由此該P(yáng)型層抑制了蝕刻停止層與基于砷的這些半導(dǎo)體層中的至少一層的混合。在另一個(gè)實(shí)施方案中，本發(fā)明是制造半導(dǎo)體器件的一種方法，該方法包括以下步驟將一個(gè)蝕刻停止層沉積在一個(gè)場效應(yīng)晶體管的基于砷的半導(dǎo)體層之上，將一個(gè)P型層沉積在該蝕刻停止層之上，并且將一個(gè)雙極晶體管的基于砷的半導(dǎo)體層沉積在該P(yáng)型層之上，由此產(chǎn)生一個(gè)電場，該電場阻止了該蝕刻停止層與基于砷的這些半導(dǎo)體層中的至少一層的混合。本發(fā)明具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。例如，本發(fā)明的半導(dǎo)體器件包括一個(gè)摻雜的P型半導(dǎo)體層， 該層阻止了一個(gè)蝕刻停止層與含有砷的半導(dǎo)體層的混合。通過相同的機(jī)制，它還降低了摻雜劑輪廓的增寬。在一個(gè)實(shí)施方案中，該P(yáng)型層被沉積在所討論的該蝕刻停止層與其中發(fā)生導(dǎo)致混合的多個(gè)缺陷的一個(gè)η型層中的一個(gè)或全部之間。在一個(gè)具體實(shí)例中，一個(gè)重ρ型摻雜層是GaAs，用碳(C)摻雜至> 3 X IO19CnT3并且> 12人厚。這個(gè)層被沉積在一個(gè)HBT的η型GaAs (用硅摻雜)子集電極接觸層之下，但是沉積在一個(gè)FET的η型GaAs接觸層之上。即使在該ρ型GaAs層與這些η型GaAs接觸層之間存在多個(gè)層，本發(fā)明的實(shí)施方案也起作用。據(jù)認(rèn)為該ρ型半導(dǎo)體層和該η型半導(dǎo)體層建立了一個(gè)阻斷缺陷的電場，該電場隨后阻斷缺陷到達(dá)該蝕刻停止層并且由此阻止該蝕刻停止層與鄰近層的混合。對于該MGaP 層附近的層而言，這還阻止了摻雜劑輪廓增寬。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的實(shí)施方案包括建立指向適當(dāng)方向用于阻斷這些缺陷的電場的其他手段。這類電場是在半導(dǎo)體堆中的靜電荷平衡的結(jié)果并且能夠以多種方法來設(shè)計(jì)。例如，一個(gè)調(diào)節(jié)摻雜異質(zhì)結(jié)(n+AWaAs/未摻雜MGaAs)可以在適當(dāng)方向上建立一個(gè)強(qiáng)電場，該強(qiáng)電場可以阻斷帶電荷遷移的缺陷。


根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例實(shí)施方案的以下更具體的說明，上述內(nèi)容將是清楚的，如在這些附圖中展示的，其中貫穿這些不同的視圖相同的參照字符是指相同的部分。這些圖不必按比例繪出，而是著重展示本發(fā)明的實(shí)施方案。圖1是用于阻止MGaP蝕刻停止層的混合的一個(gè)層狀結(jié)構(gòu)的實(shí)例。圖2顯示了針對在HEMT層狀結(jié)構(gòu)中的50人-厚InGaP蝕刻停止層的高分辨率次級離子質(zhì)譜(SIMQ數(shù)據(jù)，在其頂部上生長以及未生長一個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)半導(dǎo)體
層狀結(jié)構(gòu)。圖3顯示了針對在兩個(gè)相同的HEMT半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)中的InGaP蝕刻停止層的高分辨率SIMS數(shù)據(jù)。在兩個(gè)結(jié)構(gòu)的任一個(gè)的頂部上未生長HBT層。然而，一個(gè)結(jié)構(gòu)與HBT層沉積的時(shí)間與溫度相同地被退火(然而，沒有HBT層被沉積)。圖4顯示了針對在三個(gè)半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)中的InGaP蝕刻停止層的高分辨率 SIMS數(shù)據(jù)一個(gè)是針對僅有HEMT的結(jié)構(gòu)，另一個(gè)是針對在頂部結(jié)構(gòu)上具有HBT的標(biāo)準(zhǔn)的 FET ( S卩，BiHEMT)，并且另一個(gè)是針對在頂部結(jié)構(gòu)上添加有一個(gè)ρ型層的具有HBT的FET。圖5顯示了用一個(gè)ρ型層處理的BiHEMT結(jié)構(gòu)(a.)以及不用它處理的BiHEMT結(jié)構(gòu)(b.)，其中在(b.)中該蝕刻停止層可能被移開并且因此肖特基接觸被置于該蝕刻停止層上而不是如所希望的在肖特基層上。圖6顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的2_端門二極管電流對電壓(I-V)特征以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些BiHEMT的HEMT部分是相同的。圖7顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的傳遞曲線(漏電流對柵偏壓)以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些BiHEMT的HEMT部分是相同的。圖8顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的亞閾值曲線(對數(shù)漏電流對柵偏壓) 以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些BiHEMT的HEMT部分是相同的。圖9顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的共同來源曲線(在多個(gè)柵偏壓下的漏電流對漏偏壓)以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些 BiHEMT的HEMT部分是相同的。圖10顯示了用一個(gè)ρ型層處理的BiHEMT結(jié)構(gòu)(a.)以及不用它處理的BiHEMT結(jié)構(gòu)(b.)，其中在(b.)中該蝕刻停止層沒有作為一個(gè)蝕刻停止層起作用，由此使得蝕刻劑能夠去除肖特基層和通道層并且將肖特基接觸置于該通道層之下而不是如所希望的在肖特基層之上。圖11顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的傳遞曲線(漏電流對柵偏壓)以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些BiHEMT的HEMT部分是相同的。圖12顯示了兩個(gè)被相同地處理的BiHEMT的2_端門二極管電流對電壓(I_V)特征以及來自具有層狀結(jié)構(gòu)的單獨(dú)的HEMT的類似數(shù)據(jù)，該層狀結(jié)構(gòu)與這些BiHEMT的HEMT部分是相同的。
具體實(shí)施例方式以下是對本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的說明。本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方案總體上涉及用于隨后的半導(dǎo)體器件制造的多個(gè)半導(dǎo)體層的沉積，并且具體地涉及控制這些層中的混合的方法。這些實(shí)施方案減少或阻止了在雙極高電子遷移率晶體管(BiHEMT)結(jié)構(gòu)中WhGaP與鄰近層之間的所不希望的混合。它們還可以使得與混合有關(guān)的摻雜劑擴(kuò)散降至最低。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解對于這些發(fā)明的技術(shù)的許多其他應(yīng)用，如在光學(xué)器件中的分布式布拉格反射鏡(DBR)。圖1顯示了一個(gè)普通的層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)結(jié)合了一個(gè)缺陷阻斷層以阻止一個(gè) InGaP層與周圍的層的混合。一個(gè)ρ型層建立了一個(gè)阻斷缺陷的電場，該電場阻斷缺陷到達(dá)該hGaP層(蝕刻停止層)并且由此阻止該hGaP層與鄰近層的混合。可以將任選的層沉積在該P(yáng)型層與該InGaP層之間。圖2顯示了針對在HEMT層狀結(jié)構(gòu)中的50人InGaP蝕刻停止層的高分辨率次級離子質(zhì)譜(SIMQ數(shù)據(jù)，在其頂部上生長以及未生長一個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)。這些數(shù)據(jù)由砷(As)和磷(P)原子部分對兩個(gè)半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)的深度而組成。人們可以看出，與具有在頂部上生長HBT的HEMT相比較，僅有FET的層狀結(jié)構(gòu)的As和P的輪廓是更尖銳的。由于SIMS測量的分辨率限制，僅有HEMT的結(jié)構(gòu)的輪廓不是完美的階梯輪廓?？傊谶@個(gè)繪圖中的數(shù)據(jù)顯示，通過多種技術(shù)(如M0CVD)在HEMT結(jié)構(gòu)的頂部上生長 HBT (具有重η型摻雜的GaAs子集層)是如何引起HEMT結(jié)構(gòu)中的InGaP蝕刻停止層與周圍的含砷層相混合的。圖3顯示了針對在兩個(gè)相同的HEMT半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)中的InGaP蝕刻停止層的高分辨率SIMS數(shù)據(jù)。在兩個(gè)結(jié)構(gòu)的任一個(gè)的頂部上未生長HBT層。然而，一個(gè)結(jié)構(gòu)與HBT層沉積的時(shí)間與溫度相同地被退火(然而，沒有HBT層被沉積)。這些數(shù)據(jù)顯示一種單獨(dú)的退火-沒有HBT層的沉積-是如何具有對As和P輪廓非常小的影響的。這些數(shù)據(jù)顯示如何需要HBT層的實(shí)際生長來引起在該InGaP蝕刻停止層中的As和P混合。圖4顯示了針對在三個(gè)不同半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)中的InGaP蝕刻停止層的高分辨率 SIMS數(shù)據(jù)。第一結(jié)構(gòu)是一個(gè)僅有HEMT的結(jié)構(gòu)(HEMT)，第二結(jié)構(gòu)是在頂部上具有一個(gè)HBT 的標(biāo)準(zhǔn)HEMT (標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT)，并且第三結(jié)構(gòu)是一個(gè)在頂部上具有一個(gè)HBT的并且具有一個(gè)ρ 型層的HEMT (具有50人P型層的BiHEMT)。如圖2中所示，與在頂部層狀結(jié)構(gòu)上具有HBT 的標(biāo)準(zhǔn)HEMT相比較，僅有HEMT的層狀結(jié)構(gòu)顯示出尖銳得多的As以及P輪廓。然而，特別注意的是，在頂部層狀結(jié)構(gòu)上具有HBT的具有另外的ρ型層的HEMT還顯示出與僅有HEMT 的層狀結(jié)構(gòu)類似的尖銳的As以及P輪廓，因此證明了該ρ型層保護(hù)了 InGaP蝕刻停止層的完整性，甚至當(dāng)在頂部上生長一個(gè)完全的HBT層狀結(jié)構(gòu)時(shí)。圖5顯示了用一個(gè)ρ型層處理的器件(a)以及不用它處理的器件(b)的層狀結(jié)構(gòu)以及接觸位置。對于圖5(a)中所示的器件而言，由于存在ρ層并且作為結(jié)果沒有混合，肖特基接觸停止在肖特基層之上。圖5(b)的結(jié)構(gòu)顯示了肖特基接觸停止在蝕刻停止層之上 (由于As/P混合，該蝕刻停止層不能使用標(biāo)準(zhǔn)步驟去除)并且導(dǎo)致電位差以及電衰竭(圖 6、7、8、以及9中所示)。圖6顯示了使用相同的制造工藝加工成多個(gè)器件的三個(gè)不同的半導(dǎo)體層狀結(jié)構(gòu)
9的正向門二極管電流-電壓(I-V)特征。第一結(jié)構(gòu)是一個(gè)僅有HEMT的結(jié)構(gòu)(單獨(dú)的HEMT)， 第二結(jié)構(gòu)是在頂部上具有一個(gè)HBT的標(biāo)準(zhǔn)HEMT (標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT)，并且第三結(jié)構(gòu)是一個(gè)在頂部上具有一個(gè)HBT的并且具有一個(gè)ρ型層的HEMT (具有75人P型層的BiHEMT)。對于圖6_9 而言，單獨(dú)的HEMT數(shù)據(jù)顯示了正確地工作的器件的結(jié)果。對于圖6而言，單獨(dú)的HEMT顯示了約0. 6V的一個(gè)門二極管開啟電壓。標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT數(shù)據(jù)顯示了約0. 4V的一個(gè)完全不同的門二極管開啟電壓，因?yàn)镮nGaP蝕刻停止層As/P混合(圖2_4)阻止了在肖特基接觸形成之前適當(dāng)去除該層(如圖5(b)中所示)。然而，具有ρ型層的BiHEMT導(dǎo)致一種門二極管特征，該特征非常類似于單獨(dú)的HEMT-因此證明了該ρ型層在阻止As/P混合方面的效果并且因此允許在肖特基接觸形成之前將InGaP適當(dāng)去除(如圖5(a)中所示)。圖7顯示了來自圖6的相同的三個(gè)被相同地處理的BiHEMT的傳遞曲線(漏電流對柵偏壓)。具有75A ρ型層的BiHEMT的曲線與單獨(dú)的HEMT數(shù)據(jù)匹配，因此證明了對于兩個(gè)結(jié)構(gòu)而言肖特基柵金屬位于離開該HEMT通道相同的距離。對于具有ρ型層的BiHEMT 結(jié)構(gòu)而言這是可能的，因?yàn)樵揑nGaP時(shí)刻件As/P混合被阻止，由此允許在肖特基接觸形成之前將該蝕刻停止層適當(dāng)?shù)匾崎_。然而，由于在肖特基柵接觸下的InGaP蝕刻停止層的存在，標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT(沒有任何ρ型層)顯示出一種完全不同的外表傳遞曲線。由于hGaP與周圍層的As/P混合，在肖特基接觸形成之前不能夠?qū)⒃揑nGaP去除。不希望存在的InGaP 層使柵金屬移動(dòng)遠(yuǎn)離該通道，由此大大地降低了跨導(dǎo)(如數(shù)據(jù)中所示)。圖8顯示了來自圖6-7的三個(gè)被相同地處理的相同的BiHEMT的亞閾值曲線(對數(shù)漏電流對柵偏壓)。再一次地，該單獨(dú)的HEMT和具有ρ型層的BiHEMT的曲線看起來非常類似，而標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT曲線(沒有ρ型缺陷阻斷層)是完全不同的。具體地說，對于標(biāo)準(zhǔn) BiHEMT而言，該亞閾值電流(在柵偏壓下漏電流值<-IV)是高得多的，因?yàn)樵摉沤饘倬哂性谄湎碌奈慈コ腎nGaP。圖9顯示了來自圖6-8的相同地處理的相同的三個(gè)BiHEMT的共同來源曲線(在多個(gè)柵偏壓下漏偏壓對柵偏壓)。再一次地，該單獨(dú)的HEMT和具有ρ型層的BiHEMT的曲線看起來非常類似，而標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT曲線(沒有ρ型缺陷阻斷層)是完全不同的。具體地說，這些曲線顯示(如圖8中所示)與單獨(dú)的HEMT以及具有ρ型層的BiHEMT相比較，標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT 器件的跨導(dǎo)降低了。并且，相對于單獨(dú)的HEMT以及具有P型層的BiHEMT，標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT的最大可得漏電流大大降低了。在該標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT數(shù)據(jù)中的這兩者的缺陷是由于所不希望的在柵金屬下面的未去除的MGaP蝕刻停止層的存在。圖10顯示了用一個(gè)ρ型層處理的器件(a)以及不用一個(gè)ρ型層處理的器件(b) 的層狀結(jié)構(gòu)以及接觸位置。對于圖10(a)中所示的器件而言，由于存在ρ層并且作為結(jié)果沒有混合，肖特基接觸停止在肖特基層之上。圖10(b)的結(jié)構(gòu)顯示肖特基接觸形成在通道層之下(由于As/P混合以及與相對于圖5(b)的更薄的蝕刻停止層，該蝕刻停止層沒有顯示選擇性并且在蝕刻上覆層期間被無意中去除)，并且導(dǎo)致如圖11和12中所示的電位差。圖11顯示了與單獨(dú)的HEMT的傳遞曲線相比較，來自圖10的BiHEMT的傳遞曲線 (漏電流對柵偏壓)。所有這些被相同地處理。來自具有P型層的BiHEMT的數(shù)據(jù)與單獨(dú)的 HEMT數(shù)據(jù)非常密切地相匹配。然而，圖10(b)的標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT顯示極低的漏電流，因?yàn)樵跐裎g刻期間該蝕刻停止層被去除(由于As/P混合以及一個(gè)相對于圖5(b)的更薄的蝕刻停止層)，這導(dǎo)致了貫穿該蝕刻停止層以及通道層的過度蝕刻。在肖特基接觸被置于該通道層之下的情況下，與具有P型層的BiHEMT以及單獨(dú)的HEMT相比較，圖5 (b)的BiHEMT的漏電流是低得多的。圖12顯示了與單獨(dú)的HEMT的二極管曲線相比較，來自圖10的BiHEMT的正向門二極管電流-電壓(I-V)特征。所有這些被相同地處理。來自具有ρ型層的BiHEMT的數(shù)據(jù)與單獨(dú)的HEMT數(shù)據(jù)非常密切地匹配。然而，如圖10(b)中所示的標(biāo)準(zhǔn)BiHEMT顯示極低的正向接通狀態(tài)二極管電流。這是由以下事實(shí)引起的，即在濕蝕刻期間蝕刻停止層被去除 (由于As/P混合以及相對于圖10(b)的更薄的蝕刻停止層)，這導(dǎo)致了貫穿該蝕刻停止層以及通道層的過度蝕刻。在肖特基接觸被置于該通道層之下的情況下，該二極管不顯示典型的‘接通’行為，這導(dǎo)致比具有P型層的BiHEMT以及單獨(dú)的HEMT低得多的正向電流。盡管已經(jīng)通過參考本發(fā)明的示例性實(shí)施方案對本發(fā)明進(jìn)行了具體地顯示和說明， 本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不偏離由所附的權(quán)利要求所涵蓋的本發(fā)明的范圍情況下，可以在形式和細(xì)節(jié)方面在其中做出不同的改變。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括a)一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層以及一個(gè)蝕刻停止層；b)一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層，其中該蝕刻停止層位于該第一與第二層之間；以及c)位于該蝕刻停止層與該第二層之間的一個(gè)P型層，由此該P(yáng)型層抑制了該蝕刻停止層與這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層的混合。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括位于該蝕刻停止層與該P(yáng)型層之間的一個(gè)η型層，由此ρ型層和該η型層一起成為一個(gè)ρη結(jié)。
3.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中該η型層包括選自下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlGaAs、InGaAs以及hGaAsP。
4.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括位于該ρ型層與該η型層之間的至少一個(gè)另外的半導(dǎo)體層。
5.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中該雙極晶體管是一個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
6.如權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中該場效應(yīng)晶體管是一個(gè)高電子遷移率晶體管。
7.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該第一和第二層的至少一層進(jìn)一步包括下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlAs、InAs, AlGaAs, InGaAs以及AlInAs。
8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該蝕刻停止層包括磷。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體器件，其中該蝕刻停止層基本上由InGaP組成。
10.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層包括下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs和AlGaAs。
11.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該P(yáng)型層具有在約5人與約10，000人之間范圍的厚度。
12.如權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層具有在約10人與約1，000人之間范圍的厚度。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層具有在約25人與約500人之間范圍的厚度。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層具有在約50人與約75人之間范圍的厚度。
15.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層包括選自下組的至少一種摻雜劑， 該組由以下各項(xiàng)組成碳、鋅、鎂、鎘、以及鈹。
16.如權(quán)利要求15所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層具有在約1X IO17與約1 X IO22每立方厘米之間范圍的摻雜劑濃度。
17.如權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中該ρ型層具有在約5X IOw與約5 X IO^1每立方厘米之間范圍的摻雜劑濃度。
18.一種半導(dǎo)體器件，包括a) 一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層；b)一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層；c)一個(gè)位于該第一與第二層之間的蝕刻停止層；以及d)位于該蝕刻停止層與該第二層之間的一個(gè)P型層，由此該P(yáng)型層抑制了該蝕刻停止層與這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層的混合。
19.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括位于該蝕刻停止層與該ρ型層之間的一個(gè)η型層，由此ρ型層和該N型層一起成為一個(gè)ρη結(jié)。
20.如權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中該η型層包括選自下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlGaAs、InGaAs以及hGaAsP。
21.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括位于該ρ型層與該η型層之間的至少一個(gè)另外的半導(dǎo)體層。
22.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中該雙極晶體管是一個(gè)異質(zhì)結(jié)雙極晶體管。
23.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中該場效應(yīng)晶體管是一個(gè)高電子遷移率晶體管。
24.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中該第一和第二層的至少一層進(jìn)一步包括下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlAs、InAs, AlGaAs, InGaAs以及AlInAs。
25.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中該蝕刻停止層包括磷。
26.如權(quán)利要求18所述的半導(dǎo)體器件，其中該蝕刻停止層基本上由InGaP組成。
27.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟a)將一個(gè)蝕刻停止層沉積在場效應(yīng)晶體管的一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體層之上；b)將一個(gè)P型層沉積在該蝕刻停止層之上；并且c)將雙極晶體管的一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體層沉積在該P(yáng)型層之上，由此產(chǎn)生一個(gè)電場， 該電場阻止了該蝕刻停止層與這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層的混合。
28.如權(quán)利要求27所述的方法，進(jìn)一步包括將一個(gè)η型層沉積在該ρ型層與該蝕刻停止層之間的步驟。
29.如權(quán)利要求觀所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一個(gè)另外的半導(dǎo)體層沉積在該η型層與該P(yáng)型層之間的步驟。
30.如權(quán)利要求27所述的方法，其中這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層包括下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlAs、InAs, AlGaAs, InGaAs以及AlInAs。
31.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該ρ型層包括選自下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs和AlGaAs。
32.如權(quán)利要求27所述的方法，其中該ρ型層具有在約5人與約10，000人之間范圍的厚度。
33.如權(quán)利要求32所述的方法，其中該ρ型層具有在約1X IO17與約1 X IO22每立方厘米之間范圍的摻雜劑濃度。
34.如權(quán)利要求27所述的方法，其中這些層是通過MOCVD或MBE來沉積的。
35.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括以下步驟a)沉積一個(gè)場效應(yīng)晶體管，該場效應(yīng)晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第一層以及一個(gè)蝕刻停止層；b)沉積一個(gè)雙極晶體管，該雙極晶體管包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體的一個(gè)第二層，其中該蝕刻停止層位于該第一與第二層之間；以及C)將一個(gè)ρ型層沉積在該蝕刻停止層與該第二層之間，由此該P(yáng)型層抑制了該蝕刻停止層與這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層的混合。
36.如權(quán)利要求35所述的方法，進(jìn)一步包括將至少一個(gè)另外的半導(dǎo)體層沉積在該η型層與該P(yáng)型層之間的步驟。
37.如權(quán)利要求36所述的方法，其中這些基于砷的半導(dǎo)體層的至少一層包括下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs、AlAs、InAs, AlGaAs, InGaAs以及AlInAs。
38.如權(quán)利要求36所述的方法，其中該ρ型層包括選自下組的至少一個(gè)構(gòu)件，該組由以下各項(xiàng)組成GaAs和AlGaAs。
39.如權(quán)利要求36所述的方法，其中該ρ型層具有在約5人與約10，000人之間范圍的厚度。
40.如權(quán)利要求39所述的方法，其中該P(yáng)型層具有在約1X IO17與約1 X IO22每立方厘米之間范圍的摻雜劑濃度。
41.如權(quán)利要求35所述的方法，其中這些層是通過MOCVD或MBE來沉積的。
全文摘要
一種半導(dǎo)體器件包括位于場效應(yīng)晶體管的一個(gè)第一層與雙極晶體管的一個(gè)第二層之間的一個(gè)蝕刻停止層，它們中的每一個(gè)包括至少一個(gè)基于砷的半導(dǎo)體層。一個(gè)p型層位于該第二層與該蝕刻停止層之間，并且該器件可以包括被沉積在該蝕刻停止層與該p型層之間的一個(gè)n型層。該p型層提供了一個(gè)電場，該電場抑制了該InGaP層與該第一和第二層中的多個(gè)層的混合。
文檔編號H01L27/06GK102412265SQ20111028518
公開日2012年4月11日 申請日期2011年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者C·R·魯茲, E·M·瑞德, K·S·斯特文斯 申請人:寇平公司