專利名稱：半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及電子器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及電子器件。本發(fā)明尤其涉及在 廉價的硅基板上形成結(jié)晶性優(yōu)異的結(jié)晶薄膜的半導(dǎo)體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及電子 器件。
背景技術(shù)：
在GaAs系等的化合物半導(dǎo)體器件中，利用異質(zhì)結(jié)開發(fā)各種高功能電子器件。而對 于高功能電子器件而言，由于結(jié)晶性的好壞會影響器件的特性，因而謀求質(zhì)量良好的結(jié)晶 薄膜。在GaAs系器件的薄膜結(jié)晶生長中，根據(jù)在異質(zhì)界面的晶格匹配等的要求，選擇GaAs 或者與GaAs的晶格常數(shù)極為接近的Ge等作為基板。另外，在非專利文獻1中，記載了在Si基板上形成高質(zhì)量的Ge外延生長層(以下， 也稱之為Ge外延層)的技術(shù)。該技術(shù)中，記載了在Si基板上限定區(qū)域形成了 Ge外延層之 后，對Ge外延層實施循環(huán)熱退火，使平均位錯密度為2. 3X106cnT2。非專利文獻 1 Hsin-Chiao Luan et. al. , "High-quality Ge epilayers onSi with low threading-dislocation densities”， APPLIED PHYSICS LETTERS, VOLUME 75， NUMBER 19,8N0VEMBER 1999.在制造GaAs系的電子器件時，考慮到晶格匹配，如上所述選擇能夠使GaAs基板或 Ge基板等的與GaAs晶格匹配的基板?？墒?，在GaAs基板或Ge基板等的與GaAs晶格匹配 的基板價格昂貴，會使器件的成本上升。另外，這些基板的散熱特性不充分，為了具有散熱 設(shè)計，有時要抑制器件的形成密度。或則具有要在散熱管理可能的范圍內(nèi)使用器件等的限 制。因而，謀求一種廉價且能使用散熱特性好的Si基板來制造的、具有質(zhì)量良好的GaAs系 的結(jié)晶薄膜的半導(dǎo)體基板。因此，在本發(fā)明的1個方面中，以提供能夠解決上述課題“半導(dǎo) 體基板、半導(dǎo)體基板的制造方法及電子器件”為目的。該目的由權(quán)力要求的獨立項記載的特 征組合而達成。另外從屬權(quán)力要求限定了本發(fā)明的更有利的具體例。

發(fā)明內(nèi)容為了解決上述課題，本發(fā)明的第1方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，其具備Si基板 和形成于所述基板上的、用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層。該阻擋層具有覆蓋基板的一部分的 覆蓋區(qū)域及位于覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且不覆蓋基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有結(jié)晶 生長在開口區(qū)域的Ge層；結(jié)晶生長在Ge層上的、由包含P的3_5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成 的緩沖層；以及結(jié)晶生長在緩沖層上的功能層。在本發(fā)明的第2方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，具備Si基板和形成于基板上的、 用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，該阻擋層具有覆蓋基板的一部分的覆蓋區(qū)域及位于覆蓋區(qū)域 的內(nèi)部且不覆蓋基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有以在500°C以下的溫度結(jié)晶生 長在阻擋層的開口區(qū)域的由GaAs層所構(gòu)成的緩沖層；以及結(jié)晶生長在緩沖層上的功能層。在本發(fā)明的第3方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，具備Si基板；形成于基板上的、用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，該阻擋層具有覆蓋基板的一部分的覆蓋區(qū)域及位于覆蓋區(qū)域 的內(nèi)部且不覆蓋基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有結(jié)晶生長在阻擋層的開口區(qū)域 的功能層，其中，對于阻擋層的開口區(qū)域的基板的表面，由含P的氣體進行過表面處理。在上述第1方案中，Ge層是以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間進行退火而形成的 Ge層。退火重復(fù)進行多次。功能層為與Ge晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配的3-5族化合物層或 是2-6族化合物層。例如，功能層為與Ge晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配的3-5族化合物層，3族 元素包含Al、Ga、In當(dāng)中的至少1種，5族元素包含N、P、As、Sb當(dāng)中的至少1種。在上述第1 第3的方案中，阻擋層可為電絕緣性的，譬如阻擋層可為氧化硅層、 氮化硅層、氮氮化硅層或氧化鋁層或是層疊這些層而成的層，開口區(qū)域的面積可以是Imm2 以下。 在本發(fā)明的第4方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，其通過在Si基板的主面上形成用 于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面的方向上貫 通從而使所述基板露出而成的開口，再以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式使Ge層 結(jié)晶生長，使由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層結(jié)晶生長于所述Ge層上， 再使功能層結(jié)晶生長于所述緩沖層上而制得。同時，在本發(fā)明的第5方案中，提供一種半導(dǎo) 體基板，其包含Si基板設(shè)置于所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)的Ge層；在形成所述Ge層后所形成的緩沖層；以及在形成所述緩沖層 之后所形成的功能層。在上述半導(dǎo)體基板中，上述緩沖層與上述Ge層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配，上述功能 層與上述緩沖層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配。在上述半導(dǎo)體基板中，上述緩沖層可形成于上述 開口內(nèi)。在上述半導(dǎo)體基板中，上述功能層可以形成于上述開口內(nèi)。在上述半導(dǎo)體基板中， 上述緩沖層可以包括含P3-5族化合物半導(dǎo)體層。在上述半導(dǎo)體基板中，上述Ge層可在含 有氫的氣氛中進行退火而成。在上述半導(dǎo)體基板中，上述Ge層可在原料氣體中包括含鹵素 的氣體的氣氛中，利用CVD法選擇性地結(jié)晶生長于所述開口而成。在本發(fā)明的第6方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，通過在Si基板的主面上形成用于 阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面的方向上貫通 而使所述基板露出而成的開口，再與所述開口內(nèi)部的所述基板相接地形成于600°C以下的 溫度下結(jié)晶生長的GaAs層，再使功能層結(jié)晶生長于所述緩沖層上而制得。在本發(fā)明的第7 方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，包含Si基板；設(shè)置于所述基板上的、具有開口且用于阻擋 結(jié)晶生長的阻擋層；形成于所述開口內(nèi)的包含GaAs層的緩沖層；以及在形成所述緩沖層后 所形成的功能層。在上述半導(dǎo)體基板中，上述功能層可與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。在 上述半導(dǎo)體基板中，上述功能層形成于上述開口內(nèi)。在上述半導(dǎo)體基板中，上述GaAs層在 6000C以下的溫度下進行結(jié)晶生長而成。在本發(fā)明的第8方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，其通過在Si基板的主面上形成用 于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面的方向上貫 通從而使所述基板露出而成的開口，再由含P的氣體對所述開口內(nèi)部的所述基板的表面進 行表面處理，再與所述開口內(nèi)部的所述基板相接地使功能層結(jié)晶生長而制得。在本發(fā)明的 第9方案中，提供一種半導(dǎo)體基板，其包括Si基板、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層；以及在上述開口內(nèi)形成的功能層，其中，在上述開口內(nèi)的上述基板的表面，在上述功能 層的形成前，由包含P的氣體進行過表面處理。在上述半導(dǎo)體基板中，上述功能層可為3-5族化合物層或是2-6族化合物層。所 述功能層為3-5族化合物層，3族元素包含選自Al、Ga及In所構(gòu)成的組中的1種以上的元 素，5族元素包含選自N、P、As及Sb所構(gòu)成的組中的1種以上的元素。上述半導(dǎo)體基板中， 上述功能層的算術(shù)平均粗糙度可為0.02 μ m以下。上述阻擋層優(yōu)選為電絕緣性。在上述半 導(dǎo)體基板中，上述阻擋層可為選自由氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及氧化鋁層所構(gòu)成的 組中的1種以上的層。在上述半導(dǎo)體基板中，上述阻擋層可具有多個所述開口，并且在多個開口中的一 個開口與鄰接于該一個開口的其他開口之間包含原料吸附部，所述原料吸附部以比所述阻 擋層的上表面還快的吸附速度吸附所述功能層的原料。在上述半導(dǎo)體基板中，可以含有多 個上述阻擋層，并且在所述多個阻擋層中的一個阻擋層與鄰接于該一個阻擋層的其他阻擋 層之間包含原料吸附部，所述原料吸附部以比所述多個阻擋層中的任一個阻擋層的上表面 還快的吸附速度吸附所述功能層的原料。在上述半導(dǎo)體基板中，上述原料吸著部可為到達 所述基板的溝槽。在上述半導(dǎo)體基板中，上述溝槽的寬度可為20μπι以上，500μπι以下。在 上述半導(dǎo)體基板中，具有多個所述原料吸附部，多個所述原料吸附部彼此之間以等間隔配 置。在上述半導(dǎo)體基板中，上述開口的底面積可以是Imm2以下。在上述半導(dǎo)體基板中， 上述開口的底面積，可以是1600 μ m2以下。在上述半導(dǎo)體基板中，上述開口的底面積可以是 900 μ m2以下。在上述半導(dǎo)體基板中，上述開口的底面是長方形，上述長方形的長邊為80 μ m 以下。在上述半導(dǎo)體基板中，上述開口的底面是長方形，上述長方形的長邊可以是40 μ m以 下。在上述半導(dǎo)體基板中，上述基板的主面為(100)面，所述開口的底面為正方形或長方 形，所述正方形或所述長方形的至少1邊的方向，與選自由所述主面的<010>方向、<0-10> 方向、<001>方向及<00-1>方向所構(gòu)成的組中的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。在上述半導(dǎo)體基板 中，上述基板的主面為(111)面，上述開口的底面是六邊形，上述六邊形的至少1邊的方向， 與選自由所述主面的<1-10>方向、<-110>方向、<0-11>方向、<01-1>方向、<10-1>方向及 <-101>方向所構(gòu)成的組中的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。另外，關(guān)于表示結(jié)晶的面或方向的米勒 指數(shù)(Miller index)，當(dāng)指數(shù)為負的時候一般是在數(shù)字上面加上橫杠來標(biāo)示。但在本說明 書中，為了方便起見，當(dāng)指數(shù)為負的時候用負數(shù)標(biāo)示。例如，單位晶格的a軸、b軸及c軸的 各軸與1、-2及3相交的面標(biāo)示為(1-23)面。表示方向的米勒指數(shù)也同樣。在本發(fā)明的第10方案中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包括在Si基板上 形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；使所述阻擋層形成圖案，而形成覆蓋所述基板的 一部分的覆蓋區(qū)域及位于所述覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且不覆蓋所述基板的開口區(qū)域的步驟；至少 在所述阻擋層的所述開口區(qū)域結(jié)晶生長Ge層的步驟；在所述Ge層上，結(jié)晶生長由包含P的 3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層的步驟；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長功能層的步 驟。在第10方案中，還可以包括以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間對結(jié)晶生長后的所述Ge 層進行退火的步驟。還可以包括重復(fù)進行多次所述退火的步驟。在本發(fā)明的第11方案中，提供半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在Si基板的主面上 形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面的方向上貫通而使所述基板露出而成的開口的步驟；至少在所述阻擋層的所述開口的內(nèi) 部，結(jié)晶生長Ge層的步驟；在所述Ge層上，結(jié)晶生長由包含P的3_5族化合物半導(dǎo)體層所 構(gòu)成的緩沖層的步驟；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長功能層的步驟。在本發(fā)明的第12方 案中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，包括在Si基板上形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生 長的阻擋層的步驟；在所述開口內(nèi)形成Ge層的步驟；在形成所述Ge層后，形成緩沖層的步 驟；以及在形成所述緩沖層后，形成功能層的步驟。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，在形成所述緩沖層的步驟中，使所述緩沖層與 所述Ge層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配；在形成所述功能層的步驟中，使所述功能層與所述緩 沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，在形成所述緩沖層的步 驟中，可在所述開口內(nèi)形成所述緩沖層。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，可以在形成所述 功能層的步驟中，將所述功能層形成于所述開口內(nèi)。所述緩沖層可以為包含P的3-5族化 合物半導(dǎo)體層。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，還可以以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間對所 述Ge層進行退火的步驟。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，上述退火的步驟中，可在680°C 以上且不足900°C的溫度下對所述Ge層進行退火。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，上述 退火的步驟中，可在含氫的氣氛中對所述Ge層進行退火。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法 中，可以包含多個所述退火的步驟。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，形成上述Ge層的步驟中，可在0. IPa以上IOOPa 以下的壓力下，利用CVD法使所述Ge層選擇性地結(jié)晶生長于所述開口。在上述半導(dǎo)體基板 的制造方法中，在形成上述Ge層的步驟中，可在原料氣體中包括含鹵素的氣體的氣氛中， 利用CVD法使所述Ge層選擇性地結(jié)晶生長在所述開口。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中， 在形成所述Ge層之后、直至形成所述功能層為止的期間，還可包括在600°C以下的溫度下 形成GaAs層的步驟。在上述半導(dǎo)體基板的制造方法中，在形成所述Ge層之后、直至形成所 述功能層為止的期間，還可包括由含P的氣體對所述Ge層的表面進行處理的步驟。在本發(fā)明的第13方案中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板上 形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；在所述開口內(nèi)，形成包含GaAs層的緩 沖層的步驟；以及在形成所述緩沖層后，形成功能層的步驟。在形成上述功能層的步驟中， 可使所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配，在形成上述功能層的步驟，可以 在上述開口內(nèi)形成上述功能層。在本發(fā)明的第14方案中，提供一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板上， 形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；由含P的氣體對所述開口內(nèi)的所述基 板的表面進行表面處理的步驟；以及在所述開口內(nèi)形成功能層的步驟。在上述半導(dǎo)體基板 的制造方法中，上述功能層為3-5族化合物層，作為3族元素包含選自由Al、Ga及In所構(gòu) 成的組中的1種以上的元素，作為5族元素包含選自由N、P、As及Sb所構(gòu)成的組中的1種 以上的元素。在形成所述功能層的步驟中，以lnm/min以上300nm/min以下的生長速度，使 所述功能層結(jié)晶生長。在本發(fā)明的第15方案中，提供一種電子器件，具有Si基板和形成于所述基板上 的、用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，該阻擋層具有覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域和位于 所述覆蓋區(qū)域內(nèi)部且不覆蓋所述基板的開口區(qū)域，所述電子器件還具有結(jié)晶生長在所述開口區(qū)域的Ge層；在所述Ge層上結(jié)晶生長的、由包含P的3_5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的 緩沖層；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長的功能層；以及形成于所述功能層的電子元件。在 第15方案中，電子元件可以是異質(zhì)外延結(jié)雙極性晶體管。電子元件可以在每個所述開口區(qū) 域形成一個。電子元件可為相互連接，電子元件也可為并聯(lián)連接。連接到電子元件的配線 或配線的焊接區(qū)可以形成于所述覆蓋區(qū)域。覆蓋區(qū)域和開口區(qū)域在基板上面形成多個，并 且多個覆蓋區(qū)域及開口區(qū)域可以以等間隔配置。在本發(fā)明的第16方案中，提供一種電子器件，其由以下方法制得在Si基板的主 面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面 的方向上貫通從而使所述基板露出而成的開口 ；以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式 使Ge層結(jié)晶生長；使由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層，結(jié)晶生長在所述 Ge層上；使功能層結(jié)晶生長在所述緩沖層上；以及在所述功能層形成電子元件。在本發(fā)明 的第17方案中，提供一種電子器件，包含Si基板；設(shè)置在所述基板上的、具有開口且用于 阻擋結(jié)晶生長的阻擋層；形成于所述開口內(nèi)的Ge層；在形成所述Ge層后所形成的緩沖層； 在形成所述緩沖層后所形成的功能層；以及形成于所述功能層的電子元件。在上述電子器件中，上述緩沖層可與所述Ge層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配；所述功 能層可與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。在上述電子器件中，上述緩沖層可以形成 于上述開口內(nèi)。在上述電子器件中，上述功能層可以形成于上述開口內(nèi)。在上述電子器件 中，上述緩沖層可以包括含有P的3-5族化合物半導(dǎo)體層。在本發(fā)明的第18方案中，提供一種電子器件，其包含Si基板；設(shè)置在所述基板上 的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層；形成于所述開口內(nèi)，并包含GaAs層的緩沖層； 在形成所述緩沖層后所形成的功能層；以及形成于所述功能層的電子元件。在上述電子器 件中，上述功能層可與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。在上述電子器件中，上述功能 層可形成于所述開口內(nèi)。在上述電子器件中，所述GaAs層是在600°C以下的溫度下進行結(jié) 晶生長而成的。在本發(fā)明的第19方案中，提供一種電子器件，其包含Si基板；設(shè)置在所述基板上 的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層；形成于所述開口內(nèi)的功能層；以及形成于所 述功能層的電子元件，其中，所述開口內(nèi)的所述基板的表面，在所述功能層形成之前，由含P 的氣體進行過表面處理。在上述電子器件中，上述阻擋層具有多個上述開口，并在每個所述開口各形成有 一個所述電子元件。在上述電子器件中，上述電子元件與配線或所述焊接區(qū)連接，上述配線 或上述焊接區(qū)可形成于所述阻擋層上。在上述電子器件中，具有多個所述阻擋層，多個所述 阻擋層彼此之間以等間隔配置。在上述電子器件中，上述電子元件可以是異質(zhì)外延結(jié)雙極 型晶體管。上述電子器件具有多個上述電子元件，多個電子元件彼此相互連接。上述電子 器件具有多個上述電子元件，并且，多個電子元件彼此之間以并聯(lián)連接。

圖1表示本實施方案的半導(dǎo)體基板101的平面例。圖2表示擴大顯示區(qū)域103。圖3是與在阻擋層104所覆蓋的覆蓋區(qū)域的開口區(qū)域106形成的HBT和半導(dǎo)體
14基板101的剖面例。圖4表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面剖面例。圖5表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面例。圖6表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面例。圖7表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面例。圖8表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面例。圖9表示半導(dǎo)體基板101制造過程的剖面例。圖10是用覆蓋區(qū)域的面積序列表示相對于開口區(qū)域106面積而固定的外延生 長時間內(nèi)的元件形成層124的膜厚的圖表。圖11表示觀察元件形成層124為GaAs層時的表面的SEM( 二次電子顯微鏡) 圖像。圖12表示作為比較例而觀察在未形成緩沖層122時的GaAs層表面得到的SEM 圖像。圖13表示點繪而成的使作為緩沖層122的InGaP層的膜厚變化時的X射線衍 射峰的半峰寬的圖表。圖14表示其他的實施方案的半導(dǎo)體基板201的剖面例。圖15表示半導(dǎo)體基板201制造過程的剖面例。圖16表示半導(dǎo)體基板201制造過程的剖面例。圖17表示觀察形成了緩沖層202之后的表面的SEM像。圖18表示其他的實施方案的半導(dǎo)體基板301的剖面例。圖19表示半導(dǎo)體基板301制造過程的剖面例。圖20表示觀察元件形成層124為GaAs層時的表面的SEM像。圖21表示未進行退火處理的Ge層120的剖面形狀。圖22表示以700°C進行退火處理后的Ge層120的剖面形狀。圖23表示以800°C進行退火處理后的Ge層120的剖面形狀。圖24表示以850°C進行退火處理后的Ge層120的剖面形狀。圖25表示以900°C進行退火處理后的Ge層120的剖面形狀。圖26表示實施例1的元件形成層124膜厚的平均值。圖27表示實施例1的元件形成層124膜厚的調(diào)整系數(shù)。圖28表示實施例2的元件形成層124膜厚的平均值。圖29表示實施例2的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖30表示實施例2的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖31表示實施例2的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖32表示實施例2的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖33表示實施例2的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖34表示實施例3的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖35表示實施例3的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖36表示實施例3的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖37表示實施例3的元件形成層124的電子顯微鏡照片。
圖38表示實施例3的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖39表示實施例4的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖40表示實施例4的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖41表示實施例4的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖42表示實施例5的半導(dǎo)體基板的電子顯微鏡照片。圖43表示實施例6的HBT元件的激光顯微鏡像。圖44表示實施例7的電子元件的激光顯微鏡像。圖45表示HBT元件的電特性與開口區(qū)域的面積之間的關(guān)系。符號說明101半導(dǎo)體基板102Si 晶片103 區(qū)域104阻擋層106 開 口區(qū)域108集電極110發(fā)射電極112基電極120Ge 層122緩沖層124元件形成層130氧化硅膜140 區(qū)域142 括號201半導(dǎo)體基板202緩沖層204形成物301半導(dǎo)體基板302Ge 層
具體實施方式以下，通過發(fā)明的實施方案來說明本發(fā)明的其中一個方面，但以下的實施方案并 非限定申請專利的范圍，此外，實施方案中所說明的特征的組合并不全都是發(fā)明的解決方 式所必須的。圖1是顯示本實施方案的半導(dǎo)體基板101的平面例。本實施方案的半導(dǎo)體基 板101中，在Si晶片102上具備形成元件的區(qū)域103。如圖所示，區(qū)域103在Si晶片102 的表面形成有多個，并等間隔地配置。Si晶片102可為Si基板的一例。Si晶片102可利 用市售的Si晶片。圖2是放大顯示區(qū)域103。在區(qū)域103形成阻擋層104。阻擋層104形成于Si晶 片102之上，用于阻擋結(jié)晶生長。作為結(jié)晶生長，可以例示外延生長。阻擋層104可為電絕 緣性的。作為阻擋層104，能夠舉例有氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或氧化鋁層、或者層疊這些而得到的層。阻擋層104具有覆蓋區(qū)域，其覆蓋Si晶片102的一部分；及開口區(qū)域106，其位 于覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且未覆蓋Si晶片102。BP, Si晶片102的一部分被阻擋層104覆蓋的區(qū) 域可為覆蓋區(qū)域的一例，在阻擋層104的中央部形成未覆蓋Si晶片102的開口區(qū)域106。1 個開口區(qū)域106的面積，可以例示Imm2以下，優(yōu)選小于0. 25mm2。阻擋層104在開口區(qū)域106具有開口。此外，在本說明書中，所謂的開口的[底面 形狀]是指，形成有開口的層的基板側(cè)的面的開口形狀。也可以將開口的底面形狀稱為開 口的底面。此外，覆蓋區(qū)域的[平面形狀]是指，將覆蓋區(qū)域投影至基板的主面時的形狀。 也將覆蓋區(qū)域的平面形狀的面積稱為覆蓋區(qū)域的面積。Si晶片102的表面可為基板的主面 的一例。開口的底面積可為0.01mm2以下，優(yōu)選為1600 μ m2以下，更優(yōu)選為900 μ m2以下。 在上述面積為0. Olmm2以下時，與上述面積大于0. Olmm2的情形相比，能夠縮短形成于開口 的內(nèi)部的Ge層的退火處理所需要的時間。此外，當(dāng)功能層與基板的熱膨脹系數(shù)之差大時， 會容易因為熱退火而在功能層產(chǎn)生局部性的翹曲。而即使在如此的情形中，通過將開口的 底面積設(shè)定為0. Olmm2以下，便能夠抑制因上述翹曲而造成在功能層產(chǎn)生結(jié)晶缺陷。當(dāng)開口的底面積為1600 μ m2以下時，利用形成于開口內(nèi)部的功能層而能夠制造出 高性能的器件。當(dāng)上述面積為900μπι2以下時，能夠制造出高成品率的上述器件。另一方面，開口的底面積可為25 μ m2以上。如果上述面積比25 μ m2小，則在使結(jié) 晶外延生長于開口的內(nèi)部時，該結(jié)晶的生長速度會變得不穩(wěn)定，且容易產(chǎn)生形狀不整齊。此 外，當(dāng)上述面積變得小于25 μ m2時，器件加工困難，會使合格率下降，因此并不適合工業(yè)性 生產(chǎn)。此外，開口的底面積相對于覆蓋區(qū)域的面積之比例宜為0.01%以上。若上述比例小 于0. 01 %，則在使結(jié)晶生長于開口的內(nèi)部時，該結(jié)晶的生長速度會變得不穩(wěn)定。在求取上述 比例時，若在1個覆蓋區(qū)域的內(nèi)部形成多個開口，則所謂的開口的底面積是指該覆蓋區(qū)域 的內(nèi)部所含有的多個開口的底面積的總和。當(dāng)開口的底面形狀為正方形或者長方形時，該底面形狀的一邊長度可為100 μ m 以下，優(yōu)選可為80 μ m以下，更優(yōu)選可為40 μ m以下，最好為30 μ m以下。當(dāng)上述底面形狀 的一邊長度為100 μ m以下時，與上述底面形狀的一邊長度大于100 μ m的情形相比，能夠縮 短形成于開口內(nèi)部的Ge層的退火處理所需要的時間。此外，即使在功能層與基板之間的熱 膨脹系數(shù)之差大的情形中，也能夠抑制功能層產(chǎn)生的結(jié)晶缺陷。當(dāng)開口的底面形狀的一邊長度為80 μ m以下時，可利用形成于開口的內(nèi)部的功能 層而制造出高性能的器件。當(dāng)上述底面形狀的一邊長度為40 μ m以下時，能夠制造出高成 品率的上述器件。在此，當(dāng)開口的底面形狀為長方形時，上述一邊的長度可為長邊長度。在1個覆蓋區(qū)域的內(nèi)部宜形成1個開口。由此，在使結(jié)晶外延生長于開口的內(nèi)部 時，能夠使該結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定化。此外，在1個覆蓋區(qū)域的內(nèi)部也可形成多個開口。此 時，多個開口可等間隔地配置。由此，在使結(jié)晶外延生長于開口的內(nèi)部時，能夠使該結(jié)晶的 生長速度穩(wěn)定化。當(dāng)開口的底面形狀為多邊形時，該多邊形的至少一邊的方向宜為與基板的主面的 結(jié)晶學(xué)面方位的一個面方位實質(zhì)上平行。上述結(jié)晶學(xué)面方位只要選擇為使生長于開口的內(nèi) 部的結(jié)晶的側(cè)面形成穩(wěn)定的面即可。在此，所謂的[實質(zhì)上平行]包括上述多邊形的一邊的方向與基板的結(jié)晶學(xué)面方位的一個面方位從平行方向稍微傾斜的情況。上述傾斜的大小 可為5°以下。以此，能夠抑制上述結(jié)晶的不整齊，使上述結(jié)晶穩(wěn)定地形成。其結(jié)果可獲得 如下效果結(jié)晶容易生長，得到形狀整齊的結(jié)晶，且能夠獲得優(yōu)質(zhì)結(jié)晶?；宓闹髅婵蔀?100)面、(110)面或(111)面、或者與這些等效的面。此外，基 板的主面也可從上述結(jié)晶學(xué)面方位稍微傾斜。即，上述基板可具有傾斜角(off angle)。上 述傾斜可為10°以下。上述傾斜的大小可優(yōu)選為0.05°以上6°以下，更優(yōu)選為0.3°以 上6°以下。當(dāng)使方形結(jié)晶生長在開口的內(nèi)部時，基板的主面可為(100)面或(110)面或者 與這些等效的面。由此，使上述結(jié)晶容易出現(xiàn)4重對稱的側(cè)面。作為一例，針對在Si晶片102的表面的(100)面形成阻擋層104，并在阻擋層104 形成具有正方形或長方形的底面形狀的開口區(qū)域106，再在開口區(qū)域106的內(nèi)部形成Ge層 120及作為元件形成層124的一例的GaAs結(jié)晶的情形進行說明。此時，開口區(qū)域106的底 面形狀的至少一邊方向可與從由Si晶片102的<010>方向、<0-10>方向、<001>方向及 <00-1>方向所構(gòu)成的組中所選擇出的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。由此，使GaAs結(jié)晶的側(cè)面出現(xiàn) 穩(wěn)定的面。作為另一例，以在Si晶片102的表面的(111)面形成阻擋層104，并在阻擋層104 形成具有六邊形的底面形狀的開口區(qū)域106，再在開口區(qū)域106的內(nèi)部形成Ge層120及作 為元件形成層124的一例的GaAs結(jié)晶的情形為例進行說明。此時，開口區(qū)域106的底面形 狀的至少一邊方向可與從Si晶片102的<1-10>方向、<-110>方向、<0-11>方向、<01-1> 方向、<10-1>方向及<-101>方向所構(gòu)成的組中所選擇出的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。由此，在 GaAs結(jié)晶的側(cè)面出現(xiàn)穩(wěn)定的面。另外，開口區(qū)域106的平面形狀可為正六邊形。同樣，也能 夠不形成GaAs結(jié)晶而形成屬于六方晶的結(jié)晶的GaN結(jié)晶。在Si晶片102可形成多個阻擋層104。由此，可在Si晶片102形成多個覆蓋區(qū) 域。多個阻擋層104之中，一個阻擋層104和與之相鄰接的另一個阻擋層104之間可配置 以比多個阻擋層104的任一上表面更快的吸附速度吸附Ge層120或元件形成層124的原 料的原料吸附部。多個阻擋層104可分別由原料吸附部所包圍。由此，在使結(jié)晶外延生長 于開口的內(nèi)部時，能夠使該結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定化。Ge層或功能層可為上述結(jié)晶的一例。此外，各個阻擋層104可具有多個開口。多個開口之中的一開口和與之相鄰接的 其它開口之間可含有原料吸附部。對于原料吸附部而言，上述多個原料吸附部可分別以等 間隔地配置。原料吸附部可為Si晶片102的表面。原料吸附部可為到達Si晶片102的溝槽。 上述溝槽的寬度可為20 μ m以上500 μ m以下。原料吸附部可等間隔地配置。原料吸附部 可為結(jié)晶生長的區(qū)域。在化學(xué)氣相生長法(CVD法)或氣相外延生長法(VPE法)中，將含有欲形成的薄 膜結(jié)晶的構(gòu)成元素的原料氣體供給至基板上，并通過原料氣體的氣相或在基板表面的化學(xué) 反應(yīng)而形成薄膜。供給至反應(yīng)裝置內(nèi)的原料氣體由于氣相反應(yīng)而產(chǎn)生反應(yīng)中間體(以下， 也稱之為前體)。所產(chǎn)生的反應(yīng)中間體擴散在氣相中，吸附于基板表面。吸附于基板表面的 反應(yīng)中間體表面擴散在基板表面，以固體膜的形式析出。由于相鄰接的2個阻擋層104之間配置原料吸附部或者阻擋層104被原料吸附部 包圍，從而使擴散在覆蓋區(qū)域的表面的上述前體例如被原料吸附部捕獲、吸附或固定。由
18此，在使結(jié)晶外延生長于開口的內(nèi)部時，能夠使該結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定化。上述前體可為結(jié) 晶的原料的一例。在本施方案中，在Si晶片102的表面配置規(guī)定大小的覆蓋區(qū)域，且覆蓋區(qū)域被Si 晶片 102 的表面所包圍。例如，在利用 MOCVD(Metal-OrganicChemical Vapor Deposition 金屬有機化學(xué)氣相沉積)法來使結(jié)晶生長在開口區(qū)域106的內(nèi)部時，到達Si晶片102的表 面的前體的一部分在Si晶片102的表面結(jié)晶生長。如此，上述前體的一部分在Si晶片102 的表面被消耗，由此，使形成于開口的內(nèi)部的結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定化。作為原料吸附部的其他例，可列舉出Si、GaAs等半導(dǎo)體部。例如，以離子電鍍法、 濺鍍法等方法，將非晶型半導(dǎo)體、半導(dǎo)體多晶堆積至阻擋層104的表面，由此而能夠形成原 料吸附部。原料吸附部也可配置在阻擋層104和與之相鄰接的阻擋層104之間，也可包含 在阻擋層104中。此外，在相鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間配置阻擋前體擴散的區(qū)域或者用阻 擋前體擴散的區(qū)域包圍覆蓋區(qū)域也能夠獲得相同的效果。相鄰接的2個阻擋層104只要稍微有點距離，上述結(jié)晶的生長速度便會穩(wěn)定。相 鄰接的2個阻擋層104之間的距離可為20 μ m以上。由此，上述結(jié)晶的生長速度更加穩(wěn)定。 在此，相鄰接的2個阻擋層104之間的距離是指一個阻擋層104的外周上的點和與該阻擋 層104相鄰接的其它阻擋層104的外周上的點之間的最短距離。多個阻擋層104可等間隔 地配置。尤其是在相鄰接的2個阻擋層104之間的距離不足10 μ m時，通過將多個阻擋層 104等間隔地予以配置，能夠使開口的結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定。另外，Si晶片102可為不含雜質(zhì)的高電阻的晶片，也可為含有ρ型或η型雜質(zhì)的 中電阻或低電阻的晶片。Ge層120也可為不含雜質(zhì)的Ge，也可含有ρ型或η型雜質(zhì)。在本實施方案的半導(dǎo)體基板101中顯示圖2所示的在開口區(qū)域106形成 HBT(Heterojunction Bipolar Transistor 異質(zhì)外延結(jié)型雙極晶體管)來作為電子元件之 例。在包圍開口區(qū)域106的覆蓋區(qū)域的阻擋層104上分別形成有連接于HBT的集極的集 電極108、連接于發(fā)射極的發(fā)射電極110、及連接于基極的基電極112。S卩，連接于屬于電子元件的一例的HBT的電極形成于覆蓋區(qū)域。另外，電極也能夠 被配線或配線的焊接區(qū)取代。此外，屬于電子元件的一例的HBT可在每一個開口區(qū)域106 各形成一個。作為HBT而例示的電子元件可彼此連接，也可并聯(lián)連接。圖3表示在被阻擋層104覆蓋的覆蓋區(qū)域的開口區(qū)域106形成的HBT與半導(dǎo)體基 板101的剖面例。半導(dǎo)體基板101具有Si晶片102、阻擋層104、Ge層120、緩沖層122、以 及元件形成層124。在元件形成層124上形成有作為電子元件的HBT。另外，作為在元件形 成層124形成的電子元件，雖然在本實施方案中例示了 HBT，但并非限定于此。比如，可以形 成發(fā)光二極管、HEMT (高電子移動率晶體管)、太陽電池，薄膜傳感器等電子元件。在元件形成層124的表面分別形成HBT的集極臺面(Collector mesa)、發(fā)射極臺 面(Emitter mesa)及基極臺面(Base mesa)。在集極臺面、發(fā)射極臺面及基極臺面的表面 經(jīng)由接觸孔(contact hole)而形成集電極108、發(fā)射極電極110及基電極112。在元件形 成層124含有HBT的集極層、發(fā)射極層及基極層。作為集極層，可以例示從基板方向依次將載流子濃度3. OX 1018cm_3、膜厚500nm的 n+GaAs層，與載流子濃度1. 0X 1016cm_3、膜厚500nm的rTGaAs層進行層疊的層疊膜。作為基 極層，可以例示載流子濃度5. OX 1019cm_3、膜厚50nm的p_GaAs層。作為發(fā)射極層，能例示從基板方向?qū)⑤d流子濃度3. OX IO17CnT3、膜厚30nm的n—InGaP層和載流子濃度3. 0 X 1018CnT3、 膜厚IOOnm的n+GaAs層和載流子濃度1. 0 X IO19CnT3、膜厚IOOnm的n+InGaAs層依次層疊得 到的層疊膜。Si晶片102及阻擋層104可如上所述。Ge層120結(jié)晶生長于阻擋層104的開口 區(qū)域106。也可選擇性地進行結(jié)晶生長。作為結(jié)晶生長的一例，可例舉出外延生長。即，在 例如外延生長Ge層120時，由于阻擋層104會阻擋外延生長，因此Ge層120不會形成于阻 擋層104的上表面，而會外延生長于未被阻擋層104覆蓋的開口區(qū)域106的Si晶片102的 上表面。Ge層120能夠以使結(jié)晶缺陷移動的溫度及時間進行退火處理，退火處理能夠反復(fù) 多次。Ge層120可在不足900°C的溫度下進行退火，優(yōu)選在850°C以下的溫度下進行退 火。由此，能夠維持Ge層120的表面平坦性。當(dāng)于Ge層120的表面層疊其他層時，Ge層 120的表面的平坦性尤其重要。另一方面，Ge層120可在680°C以上的溫度下進行退火，優(yōu) 選可在700°C以上的溫度下進行退火。由此，能夠降低Ge層120的結(jié)晶缺陷的密度。Ge層 120可在680°C以上且不足900°C的條件下進行退火。圖21至圖25表示退火溫度與Ge層120的平坦性之間的關(guān)系。圖21表示未進行 退火處理的Ge層120的剖面形狀。圖22、圖23、圖24至圖25分別表示在700°C、80(TC、 850°C、900°C下進行退火處理時的Ge層120的剖面形狀。Ge層120的剖面形狀是用激光顯 微鏡進行的觀察。各圖的縱軸表示與Si晶片102的主面垂直的方向上的距離，且表示Ge 層102的膜厚。各圖的橫軸表示與Si晶片102的主面平行的方向上的距離。在各圖中，Ge層120以下述的步驟形成。首先，用熱氧化法在Si晶片102的表面 形成SiO2層的阻擋層104，在阻擋層104形成覆蓋區(qū)域及開口區(qū)域106。Si晶片102使用 了市售的單晶Si基板。覆蓋區(qū)域的平面形狀是邊長為400 μ m的正方形。接下來，以CVD 法，使Ge層120選擇性地生長在開口區(qū)域106的內(nèi)部。由圖21至圖25可知，退火溫度越低，Ge層120的表面的平坦性越好?？芍谕?火溫度不足900°C時，Ge層120的表面尤其呈現(xiàn)優(yōu)異的平坦性。Ge層120可在大氣氣氛下、氮氣氣氛下、氬氣氣氛下、或者氫氣氣氛下進行退火。 尤其是通過在含氫的氣氛氣體中對Ge層120進行退火處理，從而使Ge層120的表面狀態(tài) 維持平滑的狀態(tài)，并且可降低Ge層120的結(jié)晶缺陷的密度。Ge層120可以在滿足使結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間的條件下進行退火。當(dāng) 對Ge層120施行退火處理時，Ge層120內(nèi)部的結(jié)晶缺陷會在Ge層120的內(nèi)部移動，而例 如被Ge層120與阻擋層104之間的界面、Ge層120的表面、或Ge層120的內(nèi)部的吸集區(qū) (Gettering sink)所捕獲。由此，能夠?qū)e層120的表面附近的結(jié)晶缺陷予以排除。Ge 層120與阻擋層104之間的界面、Ge層120的表面、或Ge層120的內(nèi)部的吸集區(qū)可為捕獲 能夠在Ge層120的內(nèi)部移動的結(jié)晶缺陷的缺陷捕獲部的一例。缺陷捕獲部可為結(jié)晶的界面或表面、或者物理性的傷痕。缺陷捕獲部可配置在退 火處理的溫度及時間內(nèi)結(jié)晶缺陷能夠移動的距離內(nèi)。另外，Ge層120可以是對功能層提供種晶(seed)面的種晶層的一個例子。作為 種晶層的其他例，可舉例有SixGei_x(式中，0 < χ < 1)。同時，退火可以是2級退火，即重 復(fù)進行以800 900°C、2 10分鐘的高溫退火和以680 780°C、2 10分鐘的低溫退火處理。Ge層120可選擇性地結(jié)晶生長于開口區(qū)域106。Ge層120能夠以例如CVD法或MBE 法(分子束外延生長法)來形成。原料氣體可為GeH4。Ge層120可在0. IPa以上IOOPa 以下的壓力下以CVD法來形成。由此，Ge層120的生長速度便不容易受到開口區(qū)域106的 面積的影響。結(jié)果，例如，提升了 Ge層102的膜厚的均勻性。此外，在此情況中，能夠抑制 阻擋層104的表面的Ge結(jié)晶的堆積。Ge層120可在原料氣體中包括含鹵素的氣體的氣氛中以CVD法來形成。含有鹵素 的氣體可為氯化氫氣體或氯氣。由此，即使是在IOOPa以上的壓力下，以CVD法來形成Ge 層120時，仍能夠抑制Ge結(jié)晶堆積在阻擋層104的表面。另外，在本實施方案中，雖然圍繞Ge層120接觸于Si晶片102的表面而形成的情 況進行了說明，但并不限定于此。比如，也可以在Ge層120和Si晶片102之間配置其他的 層。上述的其他層，可為單一的層，也可包含多個層。可通過下述的步驟形成Ge層120。首先，以低溫形成種晶。種晶可以是SixGei_x(式 中，0彡χ<1)。種晶的生長溫度可為330°C以上450°C以下。此后，將形成有種晶的Si晶 片102的溫度升溫至預(yù)定溫度，可形成Ge層120。緩沖層122可形成于Ge層120和元件形成層124之間。作為緩沖層122，在本實 施方案中為包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層，比如為InGaP層。作為結(jié)晶生長例，比如可為 外延生長。由于InGaP層進行外延生長，所以，不會形成于阻擋層104的上表面，而是選擇 性地生長在Ge層120的上表面。元件形成層124可為功能層的一例。在元件形成層124上能夠形成如上所述作為 電子元件的一例的HBT。即，元件形成層124可以與Ge層120相接的方式形成。S卩，元件形 成層124可以與Ge層120相接的方式或夾持緩沖層122的方式結(jié)晶生長。作為結(jié)晶生長 的一例，可舉例有外延生長。元件形成層124，可以是與Ge晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的3_5族化合物層或是2_6 族化合物層。或者，元件形成層124可以是與Ge晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的3-5族化合物層， 3族元素包含Al、Ga、In中的至少1種，5族元素包含N、P、As、Sb中的至少1種。比如作為 元件形成層124，可例示GaAs層。所謂準(zhǔn)晶格匹配是指互相接觸的2個半導(dǎo)體層的各自的 晶格常數(shù)之差較小，因此雖然不是完全的晶格匹配，但由于晶格失配而發(fā)生的缺陷在不顯 著的范圍內(nèi)，是大體上晶格匹配是能夠?qū)盈B互相接觸的2個半導(dǎo)體層的狀態(tài)。比如，Ge層 和GaAs層的層疊狀態(tài)即被稱作為準(zhǔn)晶格匹配。元件形成層124可為算術(shù)平均粗糙度(以下，也稱之為Ra值)為0.02 μ m以下， 較好可為Ο.ΟΙμπι以下。由此，利用元件形成層124，能夠形成高性能的器件。在此，Ra值 是表示表面粗糙度的指標(biāo)，可根據(jù)JIS Β0601-2001來算出。Ra值可采用下述方式算出，即， 將一定長度的粗糙度曲線以中心線為基準(zhǔn)折疊，再用由該粗糙度曲線與該中心線所得到的 面積除以所測得的長度而算出。元件形成層124的生長速度可為300nm/min以下，優(yōu)選可為200nm/min以下，更優(yōu) 選可為60nm/min以下。由此，能夠使元件形成層124的Ra值成為0. 02 μ m以下。另一方 面，元件形成層124的生長速度可為lnm/min以上，優(yōu)選可為5nm/min以上。由此，能夠不 用犧牲生產(chǎn)率而獲得高質(zhì)量的元件形成層124。例如，可使元件形成層124以lnm/min以上300nm/min以下的生長速度結(jié)晶生長。另外，在本實施方案中，雖然圍繞在Ge層120的表面形成元件形成層124的情況 進行了說明，但并不受此限定。比如，也可以在Ge層120和元件形成層124之間配置中間 層。中間層可以是單一的層，也可以包含多個層。中間層可以在600°C以下形成，優(yōu)選在 550°C以下形成。以此，可提高元件形成層124的結(jié)晶性。另一方面，中間層可以在400°C 以上形成。中間層可以在400°C以上600°C以下形成。由此可提高元件形成層124結(jié)晶性。 中間層可以是600°C以下，最好是550°C以下的溫度下形成的GaAs層。元件形成層124可通過下述的步驟形成，首先，在Ge層120的表面形成中間層。中 間層的生長溫度可以是600°C以下。此后，將形成有中間層的Si晶片102的溫度升溫到預(yù) 定的溫度后，形成元件形成層124。圖4至圖9表示半導(dǎo)體基板101在制造過程中的剖面例。如圖4所示，準(zhǔn)備Si晶 片102，并在Si晶片102的表面形成作為阻擋層的例如氧化硅膜130。氧化硅膜130能夠 使用例如熱氧化法來形成。氧化硅膜130的膜厚可形成為例如1 μ m。如圖5所示，使氧化硅膜130形成圖案而形成阻擋層104。利用阻擋層104的形成 而形成開口區(qū)域106。能夠使用例如光刻法(photolithograph)形成圖案。如圖6所示，將Ge層120例如用外延生長于開口區(qū)域106。Ge層120的外延生長 能夠使用例如MOCVD法(有機金屬化學(xué)氣相生長法)或MBE法(分子線外延法)。原料氣 體可使用GeH4。如圖7所示，對外延生長的Ge層120施行熱退火處理。熱退火處理中，可例如在 實施以未達Ge熔點的溫度下進行的高溫退火處理后再實施以比高溫退火處理溫度低的溫 度下進行的低溫退火處理這2階段的退火處理。而且，這2階段的退火處理可反復(fù)進行多 次。作為高溫退火處理的溫度及時間，可舉例有900°C，10分鐘，作為低溫退火處理的溫度 及時間，可舉例有780°C，10分鐘。反復(fù)的次數(shù)可例示10次。在本實施方案中，在使Ge層120例如外延生長后重復(fù)多次2階段的退火處理。因 此，能夠通過退火處理而使在外延生長的階段存在的結(jié)晶缺陷向Ge層120的邊緣部移動， 將該結(jié)晶缺陷排除至Ge層120的邊緣部，由此，能夠?qū)e層120的結(jié)晶缺陷密度形成為極 低的程度。由此，能夠減少之后形成的例如起因于取向附生薄膜(印itaxial film)的基板 材料而產(chǎn)生的缺陷，就結(jié)果而言能夠提升形成于元件形成層124的電子元件的性能。此外， 即使為起因于晶格不匹配而無法直接結(jié)晶生長于硅基板的種類的薄膜，仍能夠以結(jié)晶性優(yōu) 異的Ge層120作為基板材料來形成質(zhì)量優(yōu)良的結(jié)晶薄膜。如圖8所示，作為緩沖層122，例如可使InGaP層例如外延生長。對于InGaP層的 外延生長，例如可采用MOCVD法或MBE法。原料氣體可用TM-Ga(三甲基鎵)、TM-In (三甲 基銦)、PH3 (膦)。在InGaP層的外延生長中，由于比如在650°C的高溫氣氛中形成結(jié)晶薄 膜，因而阻擋層104會阻擋外延生長，因而InGaP層不會形成于阻擋層104的上表面。即， InGaP層選擇性地形成于Ge層120上。另外，在本實施方案中，如圖7所示，例示了在形成Ge層120的階段進行退火?？?是，如圖8所示，退火也可在形成緩沖層122的階段進行。即，在形成了 Ge層120之后，不 進行退火，繼續(xù)形成緩沖層122，然后再對緩沖層122及Ge層120實施退火。如圖9所述，譬如使元件形成層124外延生長在緩沖層122上。作為元件形成層
22124譬如可以是GaAs層或含InGaAs等的GaAs系層疊膜。對于GaAs層或GaAs系層疊膜的 外延生長，譬如能采用MOCVD法或MBE法。原料氣體可使用例如TM-Ga(trimethyl galli μ m 三甲基鎵)、AsH3 (arsine ；三 氫化砷)及其它的其他氣體。生長溫度可舉例有600°C至650°C。在GaAs層等的外延生長 中，由于阻擋層104會阻擋生長，因此GaAs層等不會形成于阻擋層104上，而選擇性地形成 于InGaP層上。之后，只要采用公知的方法在元件形成層124形成例如HBT等電子元件便可完成 圖3所示的半導(dǎo)體基板101。由上述方法，便能夠制造本實施方案的半導(dǎo)體基板101。以下， 說明以上述方法實際制成的半導(dǎo)體基板101的實驗結(jié)果。圖10利用以間隔為500μπι形成的覆蓋區(qū)域的面積序列來顯示相對于開口區(qū)域 106的面積而固定的外延生長時間內(nèi)的元件形成層124的膜厚的實驗圖表?？v軸表示元件 形成層124的膜厚，但可從固定的生長時間內(nèi)的膜厚換算為元件形成層124的生長速度。從 圖10可知，生長速度隨著覆蓋區(qū)域變大而增加。這表示結(jié)晶未在覆蓋區(qū)域生長，而原料集 中于開口區(qū)域106從而使生長速度增加，也就是表示原料效率得到了提高。在該圖10中，區(qū)域140所圍起的小區(qū)域(plot)表示覆蓋區(qū)域為500 μ m □的情況， 顯示出元件形成層124的生長速度并不穩(wěn)定。如上所述，由于以500 μ m的間隔來形成覆蓋 區(qū)域，因此當(dāng)覆蓋區(qū)域為500 μ m □時，相鄰接的覆蓋區(qū)域變成互相連接。由于在此種情況 下生長速度不穩(wěn)定，因此不優(yōu)選。覆蓋區(qū)域最好為留有間隔地配置。另一方面，用括號142 所圍起的覆蓋區(qū)域為50 μ m □至400 μ m □時，則顯示元件形成層124的生長速度穩(wěn)定，顯 示元件形成層124的生長速度與覆蓋區(qū)域的面積之間具有相關(guān)性。另外，雖然與開口區(qū)域106的面積之間相關(guān)性并不太大，但有生長速度會隨著開 口區(qū)域106變大而降低的傾向。另一方面，可以比較明確地得到生長速度具有隨著覆蓋區(qū) 域變大而增加的傾向，由該結(jié)果能夠考察到，在覆蓋區(qū)域中被阻擋了生長的結(jié)晶前體遷移 至開口區(qū)域106，而到達開口區(qū)域106的結(jié)晶前體幫助了薄膜生長。圖11表示觀察形成GaAs層作為元件形成層124時的表面的SEM( 二次電子顯微 鏡)圖像。在表面沒觀察到Pm級的凹凸，所以可以推測結(jié)晶缺陷的水平極低。另一方面， 圖12是觀察了作為比較例而沒形成緩沖層122的情況下的GaAs層表面的SEM像。與圖11 的情況比較觀察到大量的凹凸，所以可以推測存在大量的結(jié)晶缺陷。圖11所示的均一生長 效果，可通過將作為緩沖層的122的InGaP層插入到Ge層120和元件形成層124之間而獲 得。利用X射線衍射評價GaAs層的結(jié)晶性的結(jié)果中，當(dāng)將InGaP緩沖層與GaAs層的 生長溫度設(shè)定在650°C時，GaAs峰的半峰寬變成了 72arcSec。當(dāng)將InGaP緩沖層與GaAs層 的生長溫度設(shè)定為620°C時，GaAs峰的半值寬度變成為61arcSec，將InGaP緩沖層與GaAs 層的生長溫度設(shè)定為590°C時，GaAs峰的半值寬度無法測定。峰形的半值寬度越小結(jié)晶性 越高，表明存在最適的生長溫度。圖13表示繪制了使作為緩沖層122的InGaP層的膜厚改變時的X射線衍射峰的半 值寬度的圖表。表明InGaP層的膜厚越薄，作為元件形成層124的GaAs層的結(jié)晶性越佳。
如上所述，使Ge層120選擇性地成長于以阻擋層104所劃定的開口區(qū)域106，并對 Ge層120實施多次2階段退火，由此可提高Ge層120的結(jié)晶性。此外，通過形成InGaP層作為緩沖層122，還可獲得具有作為結(jié)晶性優(yōu)良的元件形成層124的GaAs層的半導(dǎo)體基板 101。由于半導(dǎo)體基板101采用Si晶片102，所以可在低成本下制造出半導(dǎo)體基板101，并 且能夠有效率地將形成于元件形成層124的電子元件所產(chǎn)生的熱予以排出。不需要對在圖7中說明過的Ge層120進行退火處理。即使在不對Ge層120進行 退火處理的情況下，仍可以在某種程度上獲得由于緩沖層122而結(jié)晶性提高的效果。圖14表示另一實施方案的半導(dǎo)體基板201的剖面例。半導(dǎo)體基板201與半導(dǎo)體 基板101大致相同，只是在應(yīng)用以500°C以下的溫度形成的GaAs層作為緩沖層202的方面 與半導(dǎo)體基板101的情況不同。此外，還在不具備Ge層120的方面與半導(dǎo)體基板101的情 況不同。在以下的說明中，圍繞與半導(dǎo)體基板101的不同之處進行說明。圖15及圖16表示半導(dǎo)體基板201在制造過程中的剖面例。半導(dǎo)體基板201形成 阻擋層104之前的制造過程，可與半導(dǎo)體基板101的到圖5為止的制造過程相同。如圖15所示，在形成阻擋層104后形成緩沖層202。緩沖層202可為如上所述在 5000C以下的溫度下所形成的GaAs層。為了形成作為緩沖層202的GaAs層，例如可使用 MOCVD法或MBE法。原料氣體可使用TE-Ga (三乙基稼)、AsH3 (三氫化砷)。生長溫度例如 為 450 0C ο作為緩沖層202的GaAs層，在該實施方案中以低溫形成。因此，完全不具有阻擋 層104的功能，而在開口區(qū)域106形成作為緩沖層202的GaAs膜，并且在阻擋層104的表 面析出GaAs的形成物204。形成物204可通過適當(dāng)?shù)奈g刻法等除去，如圖16所示，除去形 成物204。之后的工序可與半導(dǎo)體基板101的情況相同。圖17表示觀察形成了半導(dǎo)體基板202的表面之后的SEM圖像。在中央部分的開 口區(qū)域形成有緩沖層202，在周邊的阻擋層的表面析出了形成物。但是，所析出的形成物可 由所述蝕刻法等除去。在半導(dǎo)體基板201中，作為緩沖層202，使用了在500°C以下的溫度下所形成的 GaAs層。即使是由經(jīng)低溫成長所形成的GaAs層形成的緩沖層202，也可某種程度提高元件 形成層124的結(jié)晶性。因此，可獲得了可以廉價地提供半導(dǎo)體基板201，并且能夠使形成于 元件形成層124上的電子元件達到高性能化的、與半導(dǎo)體基板101的情況相同的效果。圖18表示又一實施方案中的半導(dǎo)體基板301的剖面例。半導(dǎo)體基板301與半導(dǎo) 體基板101大致相同，但是，在不具備Ge層120及緩沖層122的方面有所不同。此外，在以 含P的氣體對未由阻擋層104所覆蓋的Si晶片102的表面進行表面處理的方面有所不同。 在以下的說明中，說明與半導(dǎo)體基板101的情況不同的方面。圖19表示半導(dǎo)體基板301的制造過程的剖面例。在半導(dǎo)體基板301上形成阻擋 層104之前的制造過程，可與半導(dǎo)體基板101中的到圖5為止的制造過程相同。如圖19所 示，對形成了阻擋層104的Si晶片102的表面，施以例如為PH3的暴露處理。暴露處理可 在高溫氣氛中實施，或是由等離子等將PH3予以活化。之后的工序可與半導(dǎo)體基板101的 情況相同。另外，在半導(dǎo)體基板301中，與半導(dǎo)體基板101的情況相同，也可在Ge層302和元 件形成層124之間配置中間層。中間層可為單一的層，也可以包含多個層。中間層可以在 600°C以下形成，優(yōu)選在550°C以下形成。由此，元件形成層124的結(jié)晶性得到了提高。中間 層可以是在600°C以下的溫度形成的GaAs層，優(yōu)選為550°C以下的溫度形成的GaAs層。中間層可以在400°C以上的溫度形成。這種情況下，Ge層302的與中間層對置的表面可以由 含P的氣體進行表面處理。圖20表示觀察形成GaAs層作為元件形成層124時的表面得到的SEM像。在表面 幾乎觀察不到y(tǒng)m級的凹凸，可推知結(jié)晶缺陷水平為極低的程度。和半導(dǎo)體基板301的情 況一樣，即使是用含P的原料氣體處理了 Si晶片102的表面，仍能夠使作為元件形成層124 的GaAs層的結(jié)晶性變得良好。因而，可以得到提供廉價半導(dǎo)體基板301，且能使在元件形成 層124形成的電子元件達到高性能化的、與半導(dǎo)體基板101的情況同樣的效果。實施例(實施例1)制作具有Si晶片102、阻擋層104、Ge層120和元件形成層124的半導(dǎo)體基板，并 考查了在阻擋層104中形成的開口內(nèi)部生長的結(jié)晶的生長速度與覆蓋區(qū)域的大小及開口 的大小之間的關(guān)系。實驗如下改變形成于阻擋層104的覆蓋區(qū)域的平面形狀及開口的底 面形狀，測量在一定時間期間所生長的元件形成層124的膜厚。首先，以下述步驟，在Si晶片102表面形成了覆蓋區(qū)域及開口。作為Si晶片102 的一個例子，使用了市售的單晶Si基板。通過熱氧化法，在Si晶片102表面形成了作為阻 擋層104的一個例子的SiO2層。對上述SiO2層進行蝕刻，形成指定大小的SiO2層。指定的大小的SiO2層形成3 個以上。此時，指定大小的SiO2層的平面形狀設(shè)計為同樣大小的正方形。同時，通過蝕刻 法，在上述正方形的SiO2層的中心形成了指定大小的開口。這個時候，設(shè)計為上述正方形的 SiO2層的中心與上述開口的中心相符。上述正方形的每一個SiO2層形成了 1個開口。另 外，在本說明書中，有時稱上述正方形的SiO2層的一邊的長度為覆蓋區(qū)域的一邊的長度。接著，通過MOCVD法，使Ge層120選擇性地生長在上述開口。原料氣體可使用GeH4。 原料氣體的流量及成膜時間分別設(shè)定為指定值。其次，通過MOCVD法，形成作為元件形成層 124的一例的GaAs結(jié)晶。GaAs結(jié)晶通過在620°C、8MPa的條件下，在開口內(nèi)部的Ge層120 表面外延生長而成。原料氣體可使用三甲基鎵及三氫化砷。原料氣體的流量及成膜時間分 別設(shè)定為指定的值。形成了元件形成層124之后，測量元件形成層124的膜厚。元件形成層124的膜 厚，用針式段差計(KLA Tencor公司制，Surface Profiler P_10)測量在元件形成層124的 3處的測量點的膜厚，再取該3處的膜厚進行平均而算出。同時，也算出了在該3處的測量 點的膜厚的標(biāo)準(zhǔn)差。另外，上述膜厚也可以用以下方式計算，即通過透射式電子顯微鏡或掃 描型電子顯微鏡進行的剖面觀察法來直接測量在元件形成層124的3處的測量點的膜厚， 再取該3處的膜厚的平均而算出。按照以上的順序，圍繞將覆蓋區(qū)域的一邊的長度設(shè)定為50 μ m、100 μ m、200 μ m、 300 μ m、400 μ m或500 μ m時的各種情況，改變開口的底面形狀，測得元件形成層124的膜 厚。分別對開口的底面形狀是邊長為 ο μ m的正方形的情況、邊長為20 μ m的正方形的情 況、短邊為30 μ m且長邊為40 μ m的長方形的情況這3種情況進行了實驗。另外，當(dāng)覆蓋區(qū)域的一邊的長度為500 μ m時，多個上述正方形的SiO2層為一體形 成。在這種情況下，一邊的長度為500 μ m的覆蓋區(qū)域并不是以500 μ m的間隔配置，但為了 方便起見，而以覆蓋區(qū)域的一邊的長度為500 μ m來表示。同時，為了方便起見，將鄰接的2
25個覆蓋區(qū)域之間的距離表示為0 μ m。圖26及圖27表示實施例1的實驗結(jié)果。圖26表示在實施例1各種情況下的元 件形成層124膜厚的平均值。圖27表示在實施例1各種情況下的元件形成層124膜厚的 調(diào)整系數(shù)。圖26表示元件形成層124的生長速度與覆蓋區(qū)域的大小及開口的大小之間的關(guān) 系。在圖26中，縱軸表示一定時間之內(nèi)所生長的元件形成層124的膜厚[人],橫軸表示覆蓋 區(qū)域的一邊的長度[μ m]。在本實施例中，元件形成層124的膜厚因為是在固定時間之內(nèi)所 生長的膜厚，因此用該時間除該膜厚可獲得元件形成層124的生長速度的近似值。在圖26中，菱形標(biāo)記表示開口底面形狀為邊長是10 μ m的正方形的情況下的實驗 數(shù)據(jù)，四邊形標(biāo)記表示開口底面形狀是邊長為20 μ m的正方形的情況下的實驗數(shù)據(jù)。在同 圖中，三角形的標(biāo)記表示開口底面形狀為長邊是40 μ m且短邊為30 μ m的長方形時的實驗 數(shù)據(jù)。由圖26可知，上述生長速度隨著覆蓋區(qū)域的尺寸變大，呈現(xiàn)單遞增。同時，上述 生長速度，在覆蓋區(qū)域的一邊的長度是400 μ m以下的情況下，大體上呈線性增加，而由于 開口的底面形狀造成的偏差明顯減小。另一方面，還可知當(dāng)覆蓋區(qū)域的一邊長度為500μπι 時，與覆蓋區(qū)域的一邊的長度是400 μ m以下的情況比較，生長速度急劇地增加，發(fā)現(xiàn)由于 開口的底面形狀造成的偏差也變大。圖27表示元件形成層124的生長速度的調(diào)整系數(shù)和鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的 距離的關(guān)系。在這里，所謂調(diào)整系數(shù)是相對于平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差之比，由該膜厚的平均值除 上述3處的測量點的膜厚的標(biāo)準(zhǔn)差而算出。在圖27中，縱軸表示一定時間之內(nèi)所生長的元 件形成層124的膜厚[A]的調(diào)整系數(shù)，橫軸表示鄰接的覆蓋區(qū)域之間的距離[μπι]。圖27 表示鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的距離分別為0 μ m，20 μ m，50 μ m, 100 μ m, 200 μ m, 300 μ m， 400 μ m和450 μ m時的實驗數(shù)據(jù)。在圖27中，菱形標(biāo)記表示開口的底面形狀是邊長為10 μ m 的正方形時的實驗數(shù)據(jù)。在圖27中，鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的距離為0 μ m，100 μ m，200 μ m，300 μ m， 400 μ m和450 μ m的實驗數(shù)據(jù)，分別與圖26中的覆蓋區(qū)域的一邊的長度為500 μ m, 400 μ m， 300 μ m, 200 μ m, 100 μ m和50 μ m時的實驗數(shù)據(jù)對應(yīng)。關(guān)于鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的距離 為20 μ m和50 μ m的數(shù)據(jù)，可通過以與其他的實驗數(shù)據(jù)同樣的程序，分別測定在覆蓋區(qū)域的 一邊的長度為480 μ m和450 μ m的情況下的元件形成層124的膜厚而得到。由圖27可知，與相鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的距離為0 μ m的情況比較，在上述距 離是20 μ m的情況下，元件形成層124的生長速度非常穩(wěn)定。從上述結(jié)果可知，如果相鄰接 的2個覆蓋區(qū)域只要稍微留點距離，則開口內(nèi)部生長的結(jié)晶的生長速度就穩(wěn)定。此外，如果 在鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間配置產(chǎn)生結(jié)晶生長的區(qū)域，則上述結(jié)晶的生長速度便會穩(wěn)定。 同時可知即使是鄰接的2個覆蓋區(qū)域之間的距離為Ομπι，通過等間隔配置多個開口，也能 抑制上述結(jié)晶的生長速度的偏差。(實施例2)將覆蓋區(qū)域的一邊的長度設(shè)定為200 μ m,500 μ m,700 μ m, 1000 μ m, 1500 μ m, 2000μπι、3000μπι或4250μπι。對于各情況，分別以與實施例1同樣的步驟制造半導(dǎo)體基 板，并測量了在開口內(nèi)部形成的元件形成層124的膜厚。本實施例中，通過在Si晶片102上面配置多個同樣大小的SiO2層而形成該SiO2層。同時，上述多個的SiO2層以互相分開 的方式形成該SiO2層。開口的底面形狀，與實施例1同樣，對邊長是10 μ m的正方形、邊長 是20 μ m的正方形、短邊為30 μ m且長邊為40 μ m的長方形的3種情況進行了實驗。Ge層 120及元件形成層124的生長條件設(shè)定為與實施例1相同的條件。(實施例3)除了把三甲基鎵的供給量減為一半，使元件形成層124生長速度降低約一半以 外，其他與實施例2的情況相同地測量了開口內(nèi)部所形成的元件形成層124的膜厚。予以 說明，在實施例3中，將覆蓋區(qū)域的一邊的長度設(shè)定為200 μ m，500 μ m，1000 μ m，2000 μ m， 3000 μ m或4250 μ m,并對開口的底面形狀為邊長是10 μ m的正方形的情況實施了實驗。在圖28、圖29 圖33、圖34 圖38及表1中示出實施例2及實施例3的實驗結(jié) 果。圖28表示在實施例2中的各個情況下的元件形成層124膜厚的平均值。圖29 圖33 表示實施例2的各個情況下的元件形成層124的電子顯微鏡照片。圖34 圖38表示在實 施例3中的各情況下的元件形成層124的電子顯微鏡照片。表1表示在實施例2及實施例 3中的各情況下的元件形成層124的生長速度和Ra值。圖28表示元件形成層124的生長速度與覆蓋區(qū)域的大小及開口的大小之間的關(guān) 系。在圖28中，縱軸表示在一定時間之內(nèi)所生長的元件形成層124的膜厚，橫軸表示覆蓋 區(qū)域的一邊的長度[μ m]。在本實施例中，因為元件形成層124的膜厚是在一定時間之內(nèi)所 生長的膜厚，所以通過用該該膜厚除以該時間，可獲得元件形成層124生長速度的近似值。在圖28中，菱形符號表示開口底面形狀是邊長為10 μ m的正方形的情況下的實驗 數(shù)據(jù)，四邊形的符號表示開口底面形狀是邊長為20 μ m的正方形的情況下的實驗數(shù)據(jù)。在 該圖中，三角形的符號表示開口底面形狀為長邊40 μ m且短邊為30 μ m的長方形時的實驗 數(shù)據(jù)。由圖28可知，到覆蓋區(qū)域的一邊的長度達到4250 μ m為止，上述生長速度隨著覆 蓋區(qū)域的尺寸變大而穩(wěn)定地增加。由圖26和圖28表示的結(jié)果可知，即使鄰接的2個覆蓋 區(qū)域相隔很小，也能使開口內(nèi)部生長的結(jié)晶的生長速度穩(wěn)定。另外，還可知如果在鄰接的2 個覆蓋區(qū)域之間配置產(chǎn)生結(jié)晶生長的區(qū)域，則上述結(jié)晶的生長速度得以穩(wěn)定化。圖29到圖33是圍繞實施例2的各情況，用電子顯微鏡觀察了元件形成層124的 表面的結(jié)果。圖29、圖30、圖31、圖32、圖33分別表示覆蓋區(qū)域的一邊的長度為4250 μ m、 2000 μ m、1000 μ m、500 μ m、200 μ m的情況下的結(jié)果。從圖29到圖33可知，元件形成層124 的表面狀態(tài)隨著覆蓋區(qū)域的尺寸變大而劣化。圖34到圖38表示用電子顯微鏡對實施例3的各種情況下的元件形成層124表面 進行觀察的結(jié)果。圖34、圖35、圖36、圖37、圖38分別表示覆蓋區(qū)域的一邊的長度分別為 4250 μ m，2000 μ m，1000 μ m，500 μ m，200 μ m時的結(jié)果。從圖34到圖38可知，元件形成層 124表面狀態(tài)隨著覆蓋區(qū)域的尺寸變大而劣化。同時，與實施例2的結(jié)果進行比較，可知元 件形成層124的表面狀態(tài)得以改善。表1表示實施例2及實施例3的各情況時的元件形成層124的生長速度[A/min] 和Ra值[μπι]。另外，元件形成層124的膜厚用針式段差計測量。同時，Ra值是按照激光顯 微鏡裝置的觀察結(jié)果算出的。由表1可知，元件形成層124的生長速度越慢，表面粗造度越 得以改善。同時可知當(dāng)元件形成層124的生長速度是300nm/min以下時，Ra值在0. 02 μ m (實施例4)與實施例1同樣，制造了具有Si晶片102、阻擋層104、Ge層120和作為元件形成 層124的一例的GaAs結(jié)晶的半導(dǎo)體基板。本實施例中，在Si晶片102表面的(100)面形 成了阻擋層104。從圖39到圖41，表示在上述半導(dǎo)體基板上形成的GaAs結(jié)晶表面的電子 顯微鏡照片。圖39表示使GaAs結(jié)晶生長以在開口底面形狀的一邊的方向與Si晶片102<010> 方向?qū)嵸|(zhì)上平行的方式配置于開口內(nèi)部的結(jié)果。在本實施例中，覆蓋區(qū)域的平面形狀為邊 長是300μπι的正方形。開口的底面形狀是邊長為10 μ m的正方形。在圖39中，圖中的箭 頭表示<010>方向。如圖39所示，能得到形狀整齊的結(jié)晶。由圖39可知，在GaAs結(jié)晶的4個側(cè)面分別出現(xiàn)(10_1)面、(1_10)面、(101)面及 (110)面。同時，圖中，(11-1)面呈現(xiàn)在GaAs結(jié)晶的左上角，圖中，在GaAs結(jié)晶的右下角出 現(xiàn)(1-11)面。(11-1)面及(1-11)面是與(-1-1-1)面等效的面，是穩(wěn)定的面。另一方面，由圖可知，GaAs結(jié)晶左下角及右上角沒出現(xiàn)這樣的面。例如，圖中，盡 管可以在左下角上出現(xiàn)(111)面，但是沒出現(xiàn)(111)面?？梢哉J(rèn)為這是由于在圖中的左下 角被比(111)面更穩(wěn)定的(110)面及(101)面所夾持的緣故。圖40表示在以開口底面形狀的一邊的方向與Si晶片的102<010>方向?qū)嵸|(zhì)上平 行的方式配置的開口內(nèi)部使GaAs結(jié)晶生長的結(jié)果。圖40表示從斜上方45°觀察到的結(jié) 果。在本實施例中，覆蓋區(qū)域的平面形狀是邊長為50μπι的正方形。開口的底面形狀是邊 長為10 μ m的正方形。在圖40中，圖中的箭頭表示<010>方向。如圖40所示，得到形狀整 齊的結(jié)晶。圖41表示在以開口底面形狀的一邊的方向與Si晶片102<011>的方向?qū)嵸|(zhì)上并 行的方式配置的開口內(nèi)部使GaAs結(jié)晶生長的結(jié)果。在本實施例中，覆蓋區(qū)域平面形狀是邊 長為400 μ m的正方形。開口底面形狀是邊長為10 μ m的正方形。在圖41中，圖中的箭頭所 指<011>方向。如圖41所示，得到比圖39及圖40的形狀更加不規(guī)則的結(jié)晶?？梢哉J(rèn)為產(chǎn)
表
以

下生結(jié)晶形狀不規(guī)則的原因在于，在GaAs結(jié)晶的側(cè)面出現(xiàn)了比較不穩(wěn)定的(111)面的結(jié)果。(實施例5)和實施例1同樣，制得了具有Si晶片102、阻擋層104、Ge層120及作為元件形成 層124的一個例子的GaAs層的半導(dǎo)體基板。本實施例中，在Ge層120和元件形成層124之 間形成了中間層。在本實施例中，覆蓋區(qū)域的平面形狀是一邊的長度為200μπι的正方形。 開口底面的形狀是邊長為10 μ m的正方形。用CVD法，在開口內(nèi)部形成了膜厚850nm的Ge 層120之后，在80(TC溫度中實施了退火處理。在退火處理Ge層120之后，設(shè)定使形成了 Ge層120的Si晶片102的溫度為550°C， 并通過MOCVD法形成了中間層。中間層的生長以三甲基鎵及三氫化砷作為原料氣體。中間 層的膜厚是30nm。此后，將中間層形成的Si晶片102溫度升溫到640°C后，由MOCVD法形 成作為元件形成層124的一個例子的GaAs層。GaAs層的膜厚是500nm。除此以外的條件， 與實施例1的條件相同地制得半導(dǎo)體基板。圖42表示用透射式電子顯微鏡來觀察所制造的半導(dǎo)體基板剖面的結(jié)果。如圖42 所示，在Ge層120及GaAs層未觀察到位錯。由此可知，由于采用上述的構(gòu)成，得以在Si基 板上形成質(zhì)量良好的Ge層，及與該Ge層形成晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的化合物半導(dǎo)體層。(實施例6)與實施例5同樣，制造了具有Si晶片102、阻擋層104、Ge層120、中間層及作為元 件形成層124的一個例子的GaAs層的半導(dǎo)體基板之后，用獲得的半導(dǎo)體基板制造了 HBT元 件構(gòu)造。HBT元件的構(gòu)造按照以下的順序制造。首先，與實施例5的情況同樣，制造了半導(dǎo) 體基板。另外，本實施例中，覆蓋區(qū)域的平面形狀是一邊的長度為50μπι的正方形。開口的 底面形狀為邊長為20 μ m的正方形。其它的條件用與實施例5的情況相同的條件制作了半 導(dǎo)體基板。其次，根據(jù)MOCVD法，在上述半導(dǎo)體基板的GaAs層的表面進行半導(dǎo)體層層疊。以 此，得到了按以下順序配置的HBT元件構(gòu)造，即Si晶片102、膜厚850nm的Ge層120、膜厚 30nm的中間層、膜厚500歷的非摻雜GaAs層、膜厚300歷的η型GaAs層、膜厚20nm的η型 InGaP層、膜厚3nm的η型GaAs層、膜厚300歷的GaAs層、膜厚50nm的ρ型GaAs層、膜厚 20nm的η型InGaP層、膜厚120nm的η型GaAs層及膜厚60nm的η型InGaAs層。在所得到 的HBT元件構(gòu)造配置電極而制作了電子元件或作為電子器件的一個例子的HBT元件。上述 半導(dǎo)體層中，使用Si作為η型雜質(zhì)，在上述半導(dǎo)體層中使用C作為ρ型雜質(zhì)。圖43表示所制得的HBT元件的激光顯微鏡像。圖中，淺灰色的部分表示電極。從 圖43可知，在正方形的覆蓋區(qū)域中央附近配置的開口區(qū)域排列3個電極。從圖中左側(cè)開始 上述3個電極分別表示HBT元件的基電極、發(fā)射電極及集電極。在測量上述HBT元件的電 特性后，確認(rèn)了晶體管動作。同時，以透射式電子顯微鏡觀察了上述HBT元件的剖面，未觀 察到位錯。(實施例7)和實施例6同樣，制造了 3個具有與實施例6同樣的構(gòu)造的HBT元件。將所制造 的3個HBT元件并聯(lián)連接。本實施例中，覆蓋區(qū)域的平面形狀是長邊為100 μ m且短邊為 50 μ m的長方形。同時，在上述覆蓋區(qū)域內(nèi)部設(shè)置了 3個開口。開口的底面形狀全部為邊長 是15 μ m的正方形。關(guān)于其他的條件，以與實施例6的情況相同的條件制造HBT元件。
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圖44表示所得到的HBT元件的激光顯微鏡像。圖中，淺灰色的部分表示電極。從 圖44可知，3個HBT元件被并列連接。測量了上述電子元件的電特性，結(jié)果確認(rèn)晶體管工作。(實施例8) 改變開口的底面積制造HBT元件，調(diào)查開口的底面積與所制得的HBT元件的電特 性之間的關(guān)系。與實施例6同樣地制造了 HBT元件。作為HBT元件的電特性，測量了基極 薄片電阻Rb[Q/ 口 ]和電流放大率β。電流放大率β是用集極電流值除以基極電流值而 求出的。本實施例中，圍繞開口的底面形狀分別是一邊為20 μ m的正方形、短邊為20 μ m且 長邊為40 μ m的長方形、邊長為30 μ m的正方形、短邊為30 μ m且長邊為40 μ m的長方形或 短邊為20 μ m且長邊為80 μ m的長方形的情況下，分別制造了 HBT元件。當(dāng)開口的底面形狀為正方形時，以開口的底面形狀的正交的2條邊的一方與Si晶 片102<010>方向平行、另一方與Si晶片102<001>方向并行的方式形成了開口。開口的 底面形狀為長方形時，以開口底面的形狀的長邊與Si晶片102的<010>方向平行、短邊與 Si晶片102的<001>方向平行的方式形成了開口。覆蓋區(qū)域的平面形狀，主要圍繞邊長為 300 μ m的正方形的情況進行了實驗。圖45表示上述HBT元件的基極薄片電阻Rb與電流放大率β之比，與開口的底面 積[Pm2]之間的關(guān)系。在圖45中，縱軸表示用基極薄片電阻Rb除以電流放大率β所得的 值，橫軸表示開口的底面積。其次，圖45中沒有表示電流放大率β的值，但電流放大率得 到了 70 100左右的高值。另一方面，在Si晶片102的整個面形成了同樣的HBT元件構(gòu) 造來形成HBT元件時的電流放大率β是10以下。由此可知，由于Si晶片102的表面局部性地形成上述HBT元件構(gòu)造，從而能夠制 造電特性優(yōu)良的器件。特別是，明確了當(dāng)開口的底面形狀的一邊的長度為80 μ m以下，或開 口的底面積為1600 μ m2以下時，能夠制造電特性優(yōu)異的器件。由圖45可知，當(dāng)開口的底面積是900 μ m2以下時，與開口的底面積是1600 μ m2的 情況比較，基極薄片電阻Rb與電流放大率β之比的偏差較小。由此可知，當(dāng)開口的底面形 狀的一邊的長度為40 μ m以下，或開口的底面積是900 μ m2以下時，能以高成品率制造上述 器件。如上所述，通過包括以下步驟的半導(dǎo)體基板的制造方法，可制得半導(dǎo)體基板，即 在Si的基板的主面形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；在阻擋層形成在大致垂直于 基板的主面的方向上貫通從而使基板露出而成的開口的步驟；至少在阻擋層的開口內(nèi)部使 Ge層結(jié)晶生長的步驟；在Ge層上結(jié)晶生長由包含P的3_5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩 沖層的步驟；以及在緩沖層上結(jié)晶生長功能層的步驟。此外，還利用包括以下步驟的半導(dǎo)體 基板的制造方法制得半導(dǎo)體基板，即在Si的基板上，形成具有開口并用于阻礙結(jié)晶增長的 阻擋層的步驟；在開口內(nèi)形成Ge層的步驟；在Ge層之后形成緩沖層的步驟；以及在形成緩 沖層之后形成功能層的步驟。如上所述，可由包括以下步驟的半導(dǎo)體基板的制造方法，制得半導(dǎo)體基板，S卩，在 Si的基板上，形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；在開口內(nèi)形成包含GaAs 層的緩沖層的步驟；和在形成緩沖層之后形成功能層的步驟。同時，可由包括以下步驟的半 導(dǎo)體基板的制造方法制得半導(dǎo)體基板，即，在Si基板上，形成具有開口并用于阻礙結(jié)晶增長的阻擋層的步驟；對開口內(nèi)的基板表面用含P的氣體進行表面處理的步驟；以及在開口 內(nèi)形成功能層的步驟。如上所述，由以下方法制得電子器件，S卩，在Si的基板的主面形成用于阻擋結(jié)晶 生長的阻擋層，并在阻擋層形成在大致垂直于基板的主面的方向上貫通從而使基板露出而 構(gòu)成的開口，并以與開口內(nèi)部的基板相接的方式使Ge層結(jié)晶生長，再在Ge層上使由包含P 的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層結(jié)晶生長，再在緩沖層上結(jié)晶生長功能層。此外， 制得了包含Si的基板；設(shè)置在基板上的、具有開口且用于阻礙結(jié)晶增長的阻擋層；形成于 開口內(nèi)的Ge層；在Ge層形成之后形成的緩沖層；在形成緩沖層之后形成的功能層；以及在 功能層形成的電子元件的電子器件。如上所述，制造了包含Si基板；設(shè)置在基板上的、具有開口且用于阻礙結(jié)晶增長 的阻擋層；形成于開口內(nèi)，并包含GaAs層的緩沖層；在形成緩沖層之后形成的功能層；以 及在功能層形成的電子元件的電子器件。同時，還制造了如下的電子器件，其含有Si的基 板；設(shè)置在基板上的、具有開口且用于阻礙結(jié)晶生長的阻擋層；形成于開口內(nèi)的功能層；以 及在功能層形成的電子元件，其中，在形成功能層之前，通過包含P的氣體對開口內(nèi)的基板 表面進行了表面處理。以上，用實施的方案說明了本發(fā)明，但本發(fā)明的技術(shù)的范圍不受上述的實施方案 記載的范圍所限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員明白，可對上述實施的方案實施多種多樣的變更或改 良，并且根據(jù)本申請的專利范圍的記載可明確，實施上述變更和改良后的方案也包含在本 發(fā)明的技術(shù)范圍內(nèi)。產(chǎn)業(yè)上的利用可能性能夠在廉價的硅基板上形成結(jié)晶性良好的結(jié)晶薄膜，利用該結(jié)晶薄膜能夠形成半 導(dǎo)體基板及電子器件等。
權(quán)利要求
一種半導(dǎo)體基板，其具有Si基板和形成于所述基板上用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，所述阻擋層具有覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域以及位于所述覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且不覆蓋所述基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有在所述開口區(qū)域結(jié)晶生長的Ge層；在所述Ge層上結(jié)晶生長的由包含P的3 5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長的功能層。
2.一種半導(dǎo)體基板，其具有Si基板和形成于所述基板上用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層， 所述阻擋層具有覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域以及位于所述覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且 不覆蓋所述基板的開口區(qū)域， 所述半導(dǎo)體基板還具有以500°C以下的溫度結(jié)晶生長在所述阻擋層的所述開口區(qū)域的由GaAs層所構(gòu)成的緩 沖層；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長的功能層。
3.一種半導(dǎo)體基板，其具有Si基板和形成于所述基板上用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層， 所述阻擋層具有覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域以及位于所述覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且 不覆蓋所述基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有在所述阻擋層的所述開口區(qū)域結(jié)晶生長的功能層， 對于所述阻擋層的所述開口區(qū)域中的所述基板的表面，由含P的氣體進行過表面處理。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述Ge層是以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間進行退火而形成的。
5.如權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述退火重復(fù)進行多次。
6.如權(quán)利要求1、4或5中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述功能層為與Ge晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的3-5族化合物層或2-6族化合物層。
7.如權(quán)利要求1、4或5中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述功能層是與Ge晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配的3-5族化合物層，作為3族元素，包含Al、 Ga、In當(dāng)中的至少1種，作為5族元素，包含N、P、As、Sb當(dāng)中的至少1種。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述阻擋層為電絕緣性的。
9.如權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述阻擋層為氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層或氧化鋁層或是將它們層疊而得到的層。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述開口區(qū)域的面積為Imm2以下。2
11.一種半導(dǎo)體基板，其由以下方式制得在Si基板的主面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂 直于所述基板的主面的方向上貫通從而使所述基板暴露而成的開口； 以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式使Ge層結(jié)晶生長； 使由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層結(jié)晶生長在所述Ge層上； 再使功能層結(jié)晶生長在所述緩沖層上。
12.—種半導(dǎo)體基板，其包含 Si基板；設(shè)置于所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)的Ge層； 在形成所述Ge層之后所形成的緩沖層；以及 在形成所述緩沖層之后所形成的功能層。
13.如權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述緩沖層包括含有P的3-5族化合物半導(dǎo)體層。
14.如權(quán)利要求11至13中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述緩沖層與所述Ge層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配，所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。
15.如權(quán)利要求11至14中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述緩沖層形成于所述開口內(nèi)。
16.如權(quán)利要求11至15中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
17.如權(quán)利要求11至16中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述Ge層是在含氫的氣氛中進行退火而成的。
18.如權(quán)利要求11至17中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述Ge層是在原料氣體中包括含鹵素的氣體的氣氛中，利用CVD法選擇性地結(jié)晶生長 于所述開口而成的。
19.一種半導(dǎo)體基板，其由以下方式制得在Si基板的主面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂 直于所述基板的主面的方向上貫通從而使所述基板露出而成的開口；以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式形成在600°C以下的溫度下結(jié)晶生長的 GaAs 層；再使功能層結(jié)晶生長在所述緩沖層上。
20.一種半導(dǎo)體基板，其包含 Si基板；設(shè)置于所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)的包含GaAs層的緩沖層；以及 在形成所述緩沖層之后所形成的功能層。
21.如權(quán)利要求20所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。
22.如權(quán)利要求20或21所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
23.如權(quán)利要求20至22中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述GaAs層是在600°C以下的溫度下進行結(jié)晶生長而成的。
24.一種半導(dǎo)體基板，其由以下方式制得在Si基板的主面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂 直于所述基板的主面的方向上貫通從而使所述基板露出而成的開口； 由含P的氣體，對所述開口內(nèi)部的所述基板的表面進行表面處理； 再以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式使功能層結(jié)晶生長。
25.一種半導(dǎo)體基板，其包含 Si基板；設(shè)置于所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層；以及 形成于所述開口內(nèi)的功能層，其中，所述開口內(nèi)的所述基板的表面，在所述功能層形成之前，由含P的氣體進行過表 面處理。
26.如權(quán)利要求11至25中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述功能層為3-5族化合物層或是2-6族化合物層。
27.如權(quán)利要求11至25中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述功能層為3-5族化合物層，作為3族元素，包含選自由Al、Ga及In所構(gòu)成的組中 的1種以上的元素，作為5族元素，包含選自由N、P、As及Sb所構(gòu)成的組中的1種以上的元素。
28.如權(quán)利要求27所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述功能層的算術(shù)平均粗糙度為0. 02 μ m以下。
29.如權(quán)利要求11至28中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述阻擋層為電絕緣性的。
30.如權(quán)利要求29所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述阻擋層為選自由氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層及氧化鋁層所構(gòu)成的組中的1 種以上的層。
31.如權(quán)利要求11至30中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述阻擋層具有多個所述開口，并且在多個開口中的一個開口與鄰接于該一個開口的其他開口之間包含原料吸附部， 所述原料吸附部以比所述阻擋層的上表面還快的吸附速度吸附所述功能層的原料。
32.如權(quán)利要求11至31中任一項所述的半導(dǎo)體基板， 其具有多個所述阻擋層，并且，在所述多個阻擋層中的一個阻擋層與鄰接于該一個阻擋層的其他阻擋層之間包 含原料吸附部，所述原料吸附部以比所述多個阻擋層中的任一個阻擋層的上表面還快的吸 附速度吸附所述功能層的原料。
33.如權(quán)利要求31或32所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述原料吸附部為到達所述基板的溝槽。
34.如權(quán)利要求33所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述溝槽的寬度為20 μ m以上500 μ m以下。
35.如權(quán)利要求31至34中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述半導(dǎo)體基板具有多個所述原料吸附部，并且，多個所述原料吸附部彼此之間以等間隔配置。
36.如權(quán)利要求11至35中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述開口的底面積為Imm2以下。
37.如權(quán)利要求36所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述開口的底面積為1600 μ m2以下。
38.如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述開口的底面積為900 μ m2以下。
39.如權(quán)利要求36所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述開口的底面為長方形，所述長方形的長邊為80 μ m以下。
40.如權(quán)利要求37所述的半導(dǎo)體基板，其中，所述開口的底面為長方形，所述長方形的長邊為40 μ m以下。
41.如權(quán)利要求11至40中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述基板的主面為(100)面，所述開口的底面為正方形或長方形，所述正方形或所述長方形的至少1邊的方向，與選自由所述主面的<010>方向、<0-10> 方向、<001>方向及<00-1>方向所構(gòu)成的組中的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。
42.如權(quán)利要求11至40中任一項所述的半導(dǎo)體基板，其中， 所述基板的主面為(111)面，所述開口的底面為六邊形，所述六邊形的至少1邊的方向，與選自由所述主面的<1_10>方向、<_110>方向、<0-11> 方向、<01-1>方向、<10-1>方向及<-101>方向所構(gòu)成的組中的任一方向?qū)嵸|(zhì)上平行。
43.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其具有在Si基板上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟；使所述阻擋層形成圖案，形成覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域及位于所述覆蓋區(qū)域 的內(nèi)部且不覆蓋所述基板的開口區(qū)域的步驟；至少在所述阻擋層的所述開口區(qū)域結(jié)晶生長Ge層的步驟；在所述Ge層上，結(jié)晶生長由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層構(gòu)成的緩沖層的步驟；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長功能層的步驟。
44.如權(quán)利要求43所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，還包括以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間對結(jié)晶生長后的所述Ge層進行退火的步馬聚ο
45.如權(quán)利要求44所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 還包括重復(fù)多次進行所述退火的步驟。
46.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板的主面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟； 在所述阻擋層形成在大致垂直于所述基板的主面的方向上貫通而使所述基板露出而 成的開口的步驟；至少在所述阻擋層的所述開口的內(nèi)部，結(jié)晶生長Ge層的步驟；在所述Ge層上，結(jié)晶生長由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層的步驟；以及在所述緩沖層上結(jié)晶生長功能層的步驟。
47.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板上，形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟； 在所述開口內(nèi)形成Ge層的步驟； 在形成所述Ge層后，形成緩沖層的步驟；以及 在形成所述緩沖層后，形成功能層的步驟。
48.如權(quán)利要求47所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 所述緩沖層包括含有P的3-5族化合物半導(dǎo)體層。
49.如權(quán)利要求46至48中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所述緩沖層的步驟中，使所述緩沖層與所述Ge層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配， 在形成所述功能層的步驟中，使所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配。
50.如權(quán)利要求46至49中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 形成所述緩沖層的步驟中，將所述緩沖層形成于所述開口內(nèi)。
51.如權(quán)利要求46至49中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 形成所述功能層的步驟中，將所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
52.如權(quán)利要求46至51中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 還包括以結(jié)晶缺陷能夠移動的溫度及時間對所述Ge層進行退火的步驟。
53.如權(quán)利要求52所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述退火的步驟中，以680°C以上且不足900°C的溫度對所述Ge層進行退火。
54.如權(quán)利要求52或53所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 所述退火的步驟中，在含氫的氣氛中對所述Ge層進行退火。
55.如權(quán)利要求52至54中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 包括多個所述退火的步驟。
56.如權(quán)利要求46至55中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，形成所述Ge層的步驟中，在0. IPa以上IOOPa以下的壓力下，利用CVD法使所述Ge層 選擇性地結(jié)晶生長在所述開口。
57.如權(quán)利要求46至56中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，形成所述Ge層的步驟中，在原料氣體中包括含鹵素的氣體的氣氛中，利用CVD法使所 述Ge層選擇性地結(jié)晶生長于所述開口。
58.如權(quán)利要求46至57中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所述Ge層之后、直至形成所述功能層為止的期間，還包括在600°C以下的溫度 下形成GaAs層的步驟。
59.如權(quán)利要求46至58中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所述Ge層之后、直至形成所述功能層為止的期間，還包括由含P的氣體對所述 Ge層的表面進行處理的步驟。
60.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板上，形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟； 在所述開口內(nèi)，形成包含GaAs層的緩沖層的步驟；以及 在形成所述緩沖層后，形成功能層的步驟。
61.如權(quán)利要求60所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，在形成所述功能層的步驟中，使所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或準(zhǔn)晶格匹配。
62.如權(quán)利要求60或61所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中， 形成所述功能層的步驟中，將所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
63.一種半導(dǎo)體基板的制造方法，其包含在Si基板上，形成具有開口并用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層的步驟； 由含P的氣體對所述開口內(nèi)的所述基板的表面進行表面處理的步驟；以及 在所述開口內(nèi)形成功能層的步驟。
64.如權(quán)利要求46至63中任一項所述的半導(dǎo)體基板的制造方法，其中，所述功能層為3-5族化合物層，作為3族元素，包含選自由Al、Ga及In所構(gòu)成的組中 的1種以上的元素，作為5族元素，包含選自由N、P、As及Sb所構(gòu)成的組中的1種以上的元 素，形成所述功能層的步驟中，使所述功能層以lnm/min以上300nm/min以下的生長速度 結(jié)晶生長。
65.一種電子器件，其具有Si基板和形成于所述基板上用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層， 所述阻擋層具有覆蓋所述基板的一部分的覆蓋區(qū)域及位于所述覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且不 覆蓋所述基板的開口區(qū)域，所述電子器件還具有在所述開口區(qū)域結(jié)晶生長的Ge層；在所述Ge層上結(jié)晶生長的由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層；在所述緩沖層上結(jié)晶生長的功能層；以及形成于所述功能層的電子元件。
66.如權(quán)利要求65所述的電子器件，其中， 在每個所述開口區(qū)域各形成有一個所述電子元件。
67.如權(quán)利要求65或66項所述的電子器件，其中，連接在所述電子元件的配線或所述配線的焊接區(qū)形成于所述覆蓋區(qū)域。
68.如權(quán)利要求65至67中任一項所述的電子器件，其中，所述覆蓋區(qū)域及所述開口區(qū)域多個形成于所述基板上，并且多個所述覆蓋區(qū)域及多個 所述開口區(qū)域以等間隔配置。
69.一種電子器件，其由以下方法制得在Si基板的主面上形成用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，并在所述阻擋層形成在大致垂 直于所述基板的主面的方向上貫通從而使所述基板露出而成的開口； 以與所述開口內(nèi)部的所述基板相接的方式使Ge層結(jié)晶生長；使由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層，結(jié)晶生長在所述Ge層上； 使功能層結(jié)晶生長在所述緩沖層上；以及 在所述功能層形成電子元件。
70.一種電子器件，其包含 Si基板；設(shè)置在所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)的Ge層； 在形成所述Ge層后所形成的緩沖層； 在形成所述緩沖層后所形成的功能層；以及 形成于所述功能層的電子元件。
71.如權(quán)利要求70所述的電子器件，其中， 所述緩沖層包括含有P的3-5族化合物半導(dǎo)體層。
72.如權(quán)利要求69至71中任一項所述的電子器件，其中， 所述緩沖層與所述Ge層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配， 所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。
73.如權(quán)利要求69至72中任一項所述的電子器件，其中， 所述緩沖層形成于所述開口內(nèi)。
74.如權(quán)利要求69至73中任一項所述的電子器件，其中， 所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
75.一種電子器件，其包含 Si基板；設(shè)置在所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)，并包含GaAs層的緩沖層； 在形成所述緩沖層后所形成的功能層；以及 形成于所述功能層的電子元件。
76.如權(quán)利要求73所述的電子器件，其中，所述功能層與所述緩沖層晶格匹配或是準(zhǔn)晶格匹配。
77.如權(quán)利要求75或76所述的電子器件，其中， 所述功能層形成于所述開口內(nèi)。
78.如權(quán)利要求75至77中任一項所述的電子器件，其中， 所述GaAs層是在600°C以下的溫度下進行結(jié)晶生長而成的。
79.一種電子器件，其包含 Si基板；設(shè)置在所述基板上的、具有開口且用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層； 形成于所述開口內(nèi)的功能層；以及 形成于所述功能層的電子元件，其中，所述開口內(nèi)的所述基板的表面，在所述功能層形成之前，由含P的氣體進行過表 面處理。
80.如權(quán)利要求69至79中任一項所述的電子器件，其中，所述阻擋層具有多個所述開口，在每個所述開口各形成有一個所述電子元件。
81.如權(quán)利要求69至80中任一項所述的電子器件，其中， 所述電子元件連接在配線或焊接區(qū)，所述配線或所述焊接區(qū)形成于所述阻擋層上。
82.如權(quán)利要求69至81中任一項所述的電子器件，其中， 所述電子器件具有多個所述阻擋層，多個所述阻擋層彼此之間以等間隔配置。
83.如權(quán)利要求65至82中任一項所述的電子器件，其中， 所述電子元件為異質(zhì)外延結(jié)雙極型晶體管。
84.如權(quán)利要求65至83中任一項所述的電子器件，其中， 所述電子器件具有多個所述電子元件；多個電子元件彼此之間相互連接。
85.如權(quán)利要求65至84中任一項所述的電子器件，其中， 所述電子器件具有多個所述電子元件，并且，多個電子元件彼此之間以并聯(lián)連接。
全文摘要
本發(fā)明使用廉價且散熱特性優(yōu)良的Si基板，制得質(zhì)量良好的GaAs系結(jié)晶薄膜。本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體基板，其具備Si基板和形成于所述基板上的、用于阻擋結(jié)晶生長的阻擋層，所述阻擋層具有覆蓋基板的一部分的覆蓋區(qū)域及位于覆蓋區(qū)域的內(nèi)部且不覆蓋基板的開口區(qū)域，所述半導(dǎo)體基板還具有結(jié)晶生長在開口區(qū)域的Ge層；結(jié)晶生長在Ge層上的、由包含P的3-5族化合物半導(dǎo)體層所構(gòu)成的緩沖層；以及結(jié)晶生長在緩沖層上的功能層。在該半導(dǎo)體基板中，Ge層可以通過以結(jié)晶缺陷能移動的溫度及時間進行退火而形成。
文檔編號H01L21/20GK101896998SQ200880119969
公開日2010年11月24日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者山中貞則, 秦雅彥, 高田朋幸 申請人:住友化學(xué)株式會社