專利名稱：：Ⅲ-Ⅴ族化合物半導(dǎo)體襯底、外延晶片及它們的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及制造iii-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法、制造外延晶片的方法、ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片。特別地，本發(fā)明涉及制造m-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法、制造外延晶片的方法、iii-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片，所述半導(dǎo)體襯底和外延晶片適用于諸如場效應(yīng)晶體管(FET)和高電子遷移率晶體管(HEMT)的裝置。
背景技術(shù)：
：III-V族化合物半導(dǎo)體襯底在便攜式電話領(lǐng)域中具有高性能的放大功能和轉(zhuǎn)換功能，因而將所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底用作無線通訊裝置如FET、HEMT和異質(zhì)結(jié)雙極晶體管(HBT)的基礎(chǔ)材料。目前，在用于便攜式電話等的HEMT裝置的制造過程中，通過金屬有機氣相外延(MOVPE)法、分子束外延(MBE)法等在例如GaAs襯底上形成薄膜外延層如砷化鎵(GaAs)層、砷化鋁鎵(AlGaAs)層或砷化銦鎵(InGaAs)層。在這種情況下，如果雜質(zhì)等粘附在GaAs襯底等的表面上，則無法獲得具有良好品質(zhì)的外延層。另外，裝置特性隨后會發(fā)生劣化。例如，已知如果在外延層和GaAs襯底之間的界面處存在發(fā)射自由電子的雜質(zhì)，則這種雜質(zhì)會影響裝置的夾斷特性和漏極擊穿電壓。為了避免這種缺陷，時至今日，一直通過在外延生長之前對GaAs襯底表面進行濕法刻蝕來除去表面上的雜質(zhì)?；蛘?，在已經(jīng)將GaAs襯底放置在外延生長設(shè)備中之后，利用導(dǎo)入氣體、熱等對所述GaAs襯底表面進行清潔，除去雜質(zhì)。然而，即使進行了上述預(yù)處理和清潔，也難以避免被清潔的室氣氛或設(shè)備中的極少量的成分所污染。例如，具有高克拉克數(shù)等的硅(Si)即使在受控環(huán)境中也相對易于粘附到半導(dǎo)體襯底上，且在GaAs襯底和外延層之間界面處累積，從而進入發(fā)射自由電子的狀態(tài)。結(jié)果，上述裝置具有劣化的特性。日本未審查專利申請公布9-320967號公開了一種制造化合物半導(dǎo)體晶片的方法，其中通過紫外線臭氧照射在ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成厚度為230nm的氧化膜，作為解決上述缺點的手段。該文獻公開了通過形成氧化膜使得殘留在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面附近的Si呈現(xiàn)電非活性。此外，日本未審查專利申請公布11-126766號公開了一種清潔半導(dǎo)體晶體晶片的方法，其中通過浸入含臭氧的超純水中來形成氧化膜，其后通過利用堿性溶液或堿和酸的混合溶液進行清潔來除去所述氧化膜。該文獻公開了殘留在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底表面上的雜質(zhì)被除去。此外，日本未審査專利申請公布2003-206199號公開了一種化合物半導(dǎo)體晶體，其中在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面處所存在的氧(O)和Si的比例為2以上。該文獻公開了通過Si和0的化學(xué)結(jié)合生成二氧化硅(Si02)來阻止Si單質(zhì)在界面處存在。另外，日本未審查專利申請公布2006-128651號公開了一種包含Si氧化膜的半導(dǎo)體裝置，其中所述Si氧化膜表面的霧度為10ppm以下。該文獻公開了存在于III-V族化合物半導(dǎo)體襯底表面上的Si和Si化合物因Si氧化膜而鈍化，因此不存在因作為供體的Si的作用引起的載流子累積且表面形態(tài)不會劣化。
發(fā)明內(nèi)容然而，在日本未審查專利申請公布9-320967號中，通過使用紫外線(UV)臭氧發(fā)生器實現(xiàn)紫外線臭氧照射。也就是，由于存在于III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上的氧被紫外射線臭氧化而產(chǎn)生臭氧，因此難以控制用于得到最適宜于鈍化Si的氧化膜所需要的氧氣量，所述Si為殘留在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上的雜質(zhì)。因此，在該文獻中公開的發(fā)明中，用于形成期望的氧化膜所需要的可控性差。此外，由于氣體中臭氧密度變小，因此與ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面接觸的臭氧濃度發(fā)生變化。從而，氧化膜的厚度發(fā)生變化。關(guān)于上述四項發(fā)明，在ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面上存在相對大量的氧。隨著表面氧化程度的增大，m-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面被氧化膜覆蓋。從而存在如下問題，外延層表面在原子水平上變粗糙，因為m-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面和外延層之間的晶格匹配變差或逐步生長(stepgrowth)變得困難。此外，在日本未審查專利申請公布11-126766號中，通過使用臭氧水在表面上形成氧化膜。所述臭氧水為中性液體。通常，在用純水(中性)或堿性溶液對ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底進行處理的情況下，v族氧化物易于除去，而在用酸性溶液進行所述處理的情況下，III族氧化物易于除去。因此，如在該文獻中一樣在用中性臭氧水進行所述處理時，III-V族化合物半導(dǎo)體的襯底表面變成易于以化學(xué)計量為基礎(chǔ)的富集m族的表面。在外延生長的升溫步驟中，v族元素比m族元素更易于發(fā)生解離。因此，隨著外延層生長，ni族氧化物易于保留且表面傾向于按照襯底狀態(tài)中的化學(xué)計量變得富集ni族。這種化學(xué)計量失衡成為外延層表面變粗糙的一個原因。為了解決上述問題而完成了本發(fā)明。因此，本發(fā)明的目的是提供一種制造m-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法、一種制造外延晶片的方法、ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底以及外延晶片，其中，在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片中，能夠以高精度控制在其中或其上的氧化膜厚度，且在外延層的形成過程中抑制表面變粗糙。本發(fā)明制造m-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法包括如下步6驟準備由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底(下文中可以簡稱為準備步驟)、用酸性溶液清潔上述襯底(下文中可以簡稱為清潔步驟)、以及在上述清潔之后通過濕法在上述襯底上形成氧化膜(下文中可以簡稱為氧化膜形成步驟或形成步驟)。根據(jù)本發(fā)明一個方面的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，在形成氧化膜之前用酸性溶液清潔襯底。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)進行了深入細致的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在用酸性溶液清潔所述襯底的情況下，在襯底表面上存在相對大量的V族原子，而存在相對少量的III族原子。在通過使用m-v族化合物半導(dǎo)體襯底形成外延層的過程中，由于在生長的升溫步驟中v族元素的解離壓力高，所以v族原子易于解離。然而，大量v族原子存在于本發(fā)明一個方面的m-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面上，且表面上v族原子的損耗因形成外延層而受到抑制。因此，能夠使外延層表面上的v族原子和m族原子彼此相當(dāng)處于化學(xué)計量平衡。因為本發(fā)明具有in族原子和v族原子之間的這種平衡，所以能夠使得外延層的表面平滑且能夠抑制所述外延層表面變粗糙。此外，通過濕法形成氧化膜。在所述濕法中，通過控制溶液中氧化劑濃度和襯底處理時間能夠容易地控制氧化膜的厚度。因此，能夠以高精度控制氧化膜的厚度。順便提及，在襯底表面上形成氧化膜的情況下，氧化膜的氧在外延生長步驟中在m-v族化合物半導(dǎo)體中形成深的雜質(zhì)水平(deepimpuritylevel)并用于捕獲Si的自由電子。通過提供最佳量的氧化膜以抵消襯底表面上存在的Si載流子，能夠使得自由電子失活。因此，形成氧化膜有利地有助于裝置特性如夾斷特性和漏極擊穿電壓。如上所述，能夠制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底，其中通過控制氧化膜的厚度而使得襯底和外延層之間界面處的載流子無害，另外，通過用酸性溶液進行清潔而抑制了外延層表面變粗糙。在上述制造in-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選在上述氧化膜形成步驟中形成厚度為15A30A的氧化膜。在氧化膜的厚度為15A以上的情況下，通過氧化膜中的0能夠有效鈍化Si。因此，能夠降低用作載流子的Si的影響。另一方面，在氧化膜的厚度為30A以下的情況下，當(dāng)在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層時，能夠降低所述氧化膜對外延層表面粗糙度的影響，由此有效抑制表面變粗糙。在上述制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選在所述清潔步驟中，使用pH為6以下的酸性溶液。根據(jù)上述，在襯底表面上存在大量V族原子(富集V族原子)，并且能夠保持在外延層生長之后表面上的化學(xué)計量平衡。因此，能夠進一步阻止外延層表面變粗糙。在上述制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選在所述氧化膜形成步驟中，通過使用過氧化氫水溶液形成所述氧化膜。過氧化氫水溶液的分解速率非常低，且溶液中的氧濃度隨時間變化顯示了高穩(wěn)定性。因此，可以成功控制氧化膜的厚度。從而，能夠以良好的再現(xiàn)性形成氧化膜。在上述制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法中，優(yōu)選在所述準備步驟中，準備由砷化鎵(GaAs)、磷化銦(InP)或氮化鎵(GaN)構(gòu)成的襯底。因此，能夠制造用作半導(dǎo)體元件的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底。本發(fā)明一個方面的制造外延晶片的方法包括如下步驟通過上述制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底方法中的任意一種方法制造ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底；和在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層。根據(jù)本發(fā)明一個方面的制造外延晶片的方法，首先，通過使用酸性溶液來控制III-V族化合物半導(dǎo)體襯底表面以變得富集V族元素，其后，在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層，在所述半導(dǎo)體襯底中以良好的再現(xiàn)性控制氧化膜的厚度。由于通過利用酸性溶液進行處理使得存在于m-v族化合物半導(dǎo)體襯底表面上的v族元素的量相對增加，所以抑制了在其上形成的外延層表面上的v族元素的損耗。因此，外延層表面變粗糙因為m族元素和v族元素之間的量良好的平衡關(guān)系而能夠受到抑制。此外，由于成功地控制了氧化膜的厚度，因此能夠以高精度(以良好的再現(xiàn)性)抵消Si載流子且使其無害。因此，制造的外延晶片有利地有助于諸如夾斷特性和漏極擊穿電壓的裝置特性。通過上述制造m-v族化合物半導(dǎo)體襯底方法中的任意一種方法制造了本發(fā)明一個方面的m-v族化合物半導(dǎo)體襯底。本發(fā)明一個方面的ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底包括在其表面上v族原子存在量相對大且m族元素存在量相對少的襯底。另一方面，在外延層形成過程中，由于在生長的升溫步驟中，v族元素的解離壓力高，所以v族元素易于解離。也就是，在外延生長之后，所述外延層表面上的v族原子和III族原子變得與良好平衡的化學(xué)計量相當(dāng)。從而，在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層的過程中，能夠阻止外延層在其表面上變粗糙。本發(fā)明一個方面的ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底包括具有以高精度控制的厚度的氧化膜。因此，能夠鈍化Si載流子，使得在通過使用這種ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底形成半導(dǎo)體元件時，能夠提高半導(dǎo)體元件的特性。在上述in-v族化合物半導(dǎo)體襯底中，優(yōu)選氧化膜的厚度為15A30A。在所述氧化膜的厚度為15A以上的情況下，有效鈍化Si載流子。因此，在通過使用這種m-v族化合物半導(dǎo)體襯底形成半導(dǎo)體元件時，能夠提高半導(dǎo)體元件的特性。在所述氧化膜的厚度為30A以下的情況下，當(dāng)在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層時，所述氧化膜對外延層表面粗糙度的影響變小，由此有效抑制表面變粗糙。本發(fā)明一個方面的外延晶片包括上述in-v族化合物半導(dǎo)體襯底中的任意一種襯底和設(shè)置在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上的外延層。根據(jù)本發(fā)明一個方面的外延晶片，在iii-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層，在所述半導(dǎo)體襯底中控制表面以變得富集v族元素，另外，以良好的再現(xiàn)性控制所述氧化膜的厚度。由于v族元素的損耗受到抑制，因而抑制了外延層表面變粗糙。此外，由于氧化膜的厚度變化受到抑制，因此能夠控制鈍化的Si的量。從而，當(dāng)通過使用這種外延晶片形成半導(dǎo)體元件時，能夠提高半導(dǎo)體元件的特性。順便提及，在本說明書中，術(shù)語"iii-v族化合物半導(dǎo)體襯底"是指含m族原子和v族原子的化合物半導(dǎo)體襯底。術(shù)語"in族"是指舊的國際純粹和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(iupac)系統(tǒng)中的iiib族，且術(shù)語"v族"是指舊的iupac系統(tǒng)中的vb族。根據(jù)本發(fā)明多個方面的制造iii-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法、制造外延晶片的方法、III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片，由于用酸性溶液進行清潔且通過濕法形成氧化膜，所以能夠以高精度控制氧化膜的厚度，另外，為外延層提供防止變粗糙的表面，所述外延層通過在襯底上形成外延層來制造。圖1為示意性顯示本發(fā)明實施方案1的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的截面圖；圖2為顯示本發(fā)明實施方案1的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法的流程圖；圖3為示意性顯示用于本發(fā)明實施方案1的清潔步驟中處理設(shè)備的截面圖；圖4為示意性顯示本發(fā)明實施方案2的外延晶片的截面圖；圖5為示意性顯示本發(fā)明實施方案2的包括多個層的外延層狀態(tài)的截面圖；圖6為顯示本發(fā)明實施方案2的制造外延晶片的方法的流程圖；以及圖7為顯示實施例2中熱清潔溫度和III-V族化合物半導(dǎo)體襯底與外延晶片之間界面處的薄層電阻(sheetresistance)之間關(guān)系的圖。具體實施例方式下面參考附圖對本發(fā)明的實施方案和實施例進行描述。在下列附圖中，相同或相應(yīng)元件用相同附圖標記表示，且不重復(fù)其說明。實施方案1圖1為示意性顯示本實施方案的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的截面圖。參考圖1對本實施方案的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底進行描述°11如圖1中所示，本實施方案的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底IO包括襯底11和氧化膜12。所述氧化膜12設(shè)置在所述襯底11上。所述襯底11由含GaAs、InP、GaN、氮化鋁(A1N)、氮化銦(InN)等、優(yōu)選含GaAs、InP或GaN的III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成。所述氧化膜12具有與位于襯底11側(cè)的表面相對的表面12a。優(yōu)選所述氧化膜12的厚度H為15A30A，更優(yōu)選為17A19A。在所述氧化膜12的厚度H為15A以上的情況下，有效鈍化Si。因此，通過使用該III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10而形成的半導(dǎo)體元件具有改進的半導(dǎo)體元件特性。在所述氧化膜12的厚度H為17A以上的情況下，能夠進一步提高半導(dǎo)體元件的特性。另一方面，在所述氧化膜12的厚度H為30A以下的情況下，當(dāng)在所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成外延層時，能夠降低氧化膜12對外延層表面粗糙度施加的影響，因此，能夠有效地阻止所述表面變粗糙。19A以下的氧化膜12的厚度H能夠更有效抑制表面變粗糙。在這點上，上述術(shù)語"氧化膜12的厚度"是指通過使用例如橢偏儀測得的氧化膜12的厚度值，所述氧化膜12位于所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10的接近中心部分。此外，優(yōu)選所述氧化膜12包含m族原子、V族原子、O原子和Si原子。而且，優(yōu)選所述氧化膜12的氧化指數(shù)為0.5以上，更優(yōu)選為0.7以上。在所述氧化指數(shù)為0.5以上的情況下，能夠確定所述氧化膜12的真實厚度H。在所述氧化指數(shù)為0.7以上的情況下，能夠充分確定所述氧化膜12的真實厚度H。在這點上，上述術(shù)語"氧化膜12的氧化指數(shù)"是指根據(jù)III族原子和0原子的成鍵數(shù)目(III族-O)、V族元素與0原子的成鍵數(shù)目(V族-O)和Ga原子與As原子的成鍵數(shù)目(III族-V族)，以公式((III族-O)+(V族-0)}/{(111族-V族)+(III族-O)+(V族-0)}為基礎(chǔ)計算的值，所述成鍵數(shù)目分別通過例如XPS法測得。圖2為顯示本實施方案的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法的流程圖。參考圖2對本實施方案的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法進行描述。首先，如圖2中所示，進行準備步驟(Sll)以準備由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底11。在所述準備步驟(S11)中，優(yōu)選準備由GaAs、InP或GaN構(gòu)成的襯底11。其次，進行用酸性溶液清潔襯底11的清潔步驟(S12)清潔。阻止V族原子因進行清潔步驟(S12)而從襯底11表面脫落。因此，所述襯底11在清潔步驟(S12)之后仍具有富集V族的表面。在所述清潔步驟(S12)中，優(yōu)選所使用酸性溶液的pH為6以下，更優(yōu)選2.05.5的pH。在pH為6以下的情況下，能夠進一步阻止V族原子從襯底11表面脫落，因此，能夠使得在襯底11表面更富集V族原子。在pH為5.5以下的情況下，能夠使得襯底ll表面進一步更富集V族原子。另一方面，在pH為2.0以上的情況下，能夠使得襯底ll表面富集V族原子，另外，能夠阻止表面因使用的酸性溶液而變粗糙。未對用于所述清潔步驟(S12)中的酸性溶液進行具體限制。例如，能夠使用稀鹽酸、稀硫酸、稀硝酸和有機酸。關(guān)于有機酸，例如能夠使用甲酸、乙酸、草酸、乳酸、蘋果酸和檸檬酸。未對用于所述清潔步驟(S12)中的酸性溶液的溫度進行具體限制。然而，優(yōu)選室溫。在將溫度規(guī)定為室溫的情況下，用于制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10的設(shè)備能夠簡化。此外，未對清潔時間進行具體限制。然而，優(yōu)選例如10秒300秒。通過在該時間范圍內(nèi)進行所述清潔步驟(S12)，能夠降低酸性溶液的成本并能夠提高生產(chǎn)率。清潔步驟(S12)包括如下方式使用濃度為幾個百分比以下的稀酸性溶液，并通過使用超聲波裝置對所述酸性溶液進行振動或搖動，如圖3中所示。在這點上，圖3為示意性顯示用于本實施方案清潔步驟中處理設(shè)備的截面圖的一個實例。不能將所述方式限制于此，所述方式可以為例如薄層旋轉(zhuǎn)(sheetspin)清潔設(shè)備等的方式。在應(yīng)用超聲波的情況下，期望使用頻率在9002000kHz兆赫段的超聲波。如圖3中所示，所述處理設(shè)備具有用于容納酸性溶液7的清潔浴槽1、設(shè)置在所述清潔浴槽1底面上的超聲波發(fā)生器3和連接到所述超聲波發(fā)生器3并控制所述超聲波發(fā)生器3的控制部分5。將酸性溶液7容納在所述清潔浴槽1的內(nèi)部。另外，用于夾持多個襯底ll的夾持器9處于浸入酸性溶液7中的狀態(tài)下。所述多個待清潔的襯底11由夾持器9夾持。將超聲波發(fā)生器3設(shè)置在所述清潔浴槽1的底部。在清潔步驟(S12)中對襯底11進行清潔的情況下，如圖3中所示，將預(yù)定的酸性溶液7放置在清潔浴槽1的內(nèi)部，并將由夾持器9夾持的襯底11浸入夾持器9基座上的酸性溶液7中，以這種方式，使用清潔溶液7能夠?qū)σr底11的表面進行清潔。另外，此時，通過利用控制部分5對超聲波發(fā)射器3進行控制，可以產(chǎn)生超聲波。結(jié)果，將超聲波應(yīng)用到酸性溶液7。因此，由于使酸性溶液7振動，能夠提高從襯底11上去除雜質(zhì)、細微顆粒等效果?；蛘撸梢詫⑶鍧嵲〔?設(shè)置在可搖動元件如XY工作臺上，可以14使所述元件搖動，因此可以搖動所述清潔浴槽1以攪動(搖動)內(nèi)部的酸性溶液7?；蛘撸ㄟ^手動操作等可以在夾持器基座9上搖動襯底11，從而攪動(搖動)所述酸性溶液7。也在這種情況下，在超聲波的應(yīng)用中，能夠提高從襯底11上去除雜質(zhì)、細微顆粒等的效果。在清潔步驟(S12)之后，為了除去酸性溶液而進行純水漂洗步驟。此外，在所述純水漂洗步驟之后，通過離心干燥等除去襯底11的水分。在所述純水漂洗步驟中，例如通過應(yīng)用9002000kHz的超聲波能夠防止細微顆粒粘附在襯底上。而且，在所述純水漂洗步驟中，為了防止襯底11表面被氧化，使用除氣以具有例如100ppb以下氧濃度的純水。然后，通過濕法進行在襯底11上形成氧化膜12的形成步驟(S13)。所述濕法是指通過使用含氧溶液形成氧化膜12的方法。通過使用例如臭氧水溶液或過氧化氫水溶液能夠形成所述氧化膜12，且優(yōu)選使用過氧化氫水溶液。在室溫下，所述過氧化氫水溶液的分解速率很低，因此O濃度對隨時間的變化小且過氧化氫水溶液穩(wěn)定。因此，能夠以改進的精度和良好的再現(xiàn)性增大所述氧化膜12的厚度。在形成步驟(S13)中，通過使得氧與襯底11的表面接觸而在所述襯底11表面上形成氧化膜12。此時，優(yōu)選在并入Si原子的同時形成氧化膜。以這種方式，優(yōu)選所述氧化膜12包含III族原子、V族原子、O原子和Si原子。在形成步驟(S13)中，優(yōu)選形成的氧化膜12的厚度H為15A30A，更優(yōu)選為17A19A，原因與上述相同。通過進行上述步驟(S11S13)，能夠制造圖1中所示的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10。順便提及，在本實施方案中，III-V族化合物半導(dǎo)體襯底io包括由m-v族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底ii。所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底還可以包括設(shè)置在所述襯底ii表面上的另一種襯底，所述表面與在其上設(shè)置了氧化膜12的表面相對。所述另一種襯底可以為m-v族化合物半導(dǎo)體襯底或可以由其它材料構(gòu)成。在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底包括另一種襯底的情況下，例如在準備步驟(sii)中，準備將所述另一種襯底和襯底ii進行層壓的襯底。如上所述，本實施方案的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10的方法包括用酸性溶液清潔襯底11的清潔步驟(S12)，和在所述清潔步驟(S12)之后通過濕法在所述襯底11上形成氧化膜12的形成步驟(S13)。根據(jù)本實施方案中的制造in-v族化合物半導(dǎo)體襯底io的方法，在通過所述清潔步驟(S12)得到的襯底11的表面上，存在相對大量的v族原子且存在相對少量的m族原子。另一方面，在通過使用in-v族化合物半導(dǎo)體襯底io形成外延層期間，v族原子易于脫落。然而，由于在所述ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底io表面上存在的v族原子的量大，所以在形成所述外延層時v族原子在外延層表面上的量不可能少。因此，能夠抑制所述外延層表面上V族原子和III族原子之間化學(xué)計量平衡的劣化。這能夠阻止所述外延層表面變粗糙。此外，在形成步驟(S13)中，通過濕法形成氧化膜。根據(jù)所述濕法，能夠容易地控制溶解的氧濃度，另外，能夠提供相對高的氧濃度。因此，容易控制氧的產(chǎn)生量并能夠抑制與襯底ll表面接觸的氧的濃度變化。因此，能夠抑制氧化膜12的厚度變化。在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底IO的制造過程中，已知Si由用于制造過程中的夾具和清潔室中的氣氛引入。當(dāng)升高溫度以在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成外延層時，氧化膜12中的O原子與吸收的Si原子一起被電活化，從而形成深水平。因此，己經(jīng)形成淺水平的Si原子釋放載流子且已經(jīng)形成深水平的O原子捕獲載流子而電中和。結(jié)果，能夠抑制Si作為n型載流子的功能。在通過使用如上所述in-v族化合物半導(dǎo)體襯底io制造半導(dǎo)體元件的情況下，能夠抑制由殘留在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底io和外延層之間的si載流子所引起的半導(dǎo)體元件的泄漏電流。因此，能夠抑制半導(dǎo)體元件特性的劣化。另外，通過形成氧化膜12，能夠抑制所述in-v族化合物半導(dǎo)體襯底io隨時間的變化。因此，能夠提高所述ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底io的儲存便利性。實施方案2圖4為示意性顯示本實施方案的外延晶片的截面圖。參考圖4將對本實施方案的外延晶片20進行描述。如圖4中所示，本實施方案的外延晶片20包括實施方案1的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10和設(shè)置在所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上的外延層21。也就是，所述外延晶片20包括襯底11、設(shè)置在所述襯底11上的氧化膜12和設(shè)置在所述氧化膜12上的外延層21。在所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10和外延層21之間界面10a處的載流子濃度優(yōu)選為低于5xl014cmf3，更優(yōu)選為5xl013cm一3以下。由于所述外延層20包括氧化膜12，所以能夠減少由Si活化而產(chǎn)生的載流子。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)上述低載流子濃度。在載流子濃度為低于5xlO"cn^的情況下，能夠減少因Si活化而產(chǎn)生的載流子。因此，當(dāng)通過使用該外延晶片20形成半導(dǎo)體元件時，能夠提高半導(dǎo)體元件的特性。在載流子濃度為5xl013cn^以下的情況下，能夠進一步提高半導(dǎo)體元件的特性。盡管未對外延層21進行具體限制，但是其可以為例如III-V族化合物半導(dǎo)體。優(yōu)選所述外延層21包含至少一種構(gòu)成襯底11的元素。所述外延層21可以包括多個層。圖5為示意性顯示本實施方案中外延層21包括多個層的狀態(tài)的截面圖。如圖5中所示，所述外延層21可以包括第一層23和設(shè)置在所述第一層23上的第二層24。在將外延晶片22用于高電子遷移率晶體管(HEMT)的情況下，所述第一層23為例如高純度電子傳輸層且所述第二層24為電子供應(yīng)層。圖6為顯示本實施方案的制造外延晶片的方法的流程圖。參考圖6將對本實施方案的制造外延晶片的方法進行描述。如圖6中所示，制造了實施方案1的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10(S11S13)。隨后，進行后處理步驟(S21)，其中在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成外延層21。在所述后處理步驟(S21)之后，進行成膜處理，其中通過例如外延生長等在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10表面上形成外延層21。此時，優(yōu)選生長包含至少一種構(gòu)成襯底11的元素的III-V族化合物半導(dǎo)體晶體。此外，優(yōu)選形成多個元件。此時，在所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成預(yù)定結(jié)構(gòu)之后，為了將所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底IO分割成單個的半導(dǎo)體元件，可以進行分割步驟，所述分割步驟例如可以是切割。以這種方式，能夠得到包括m-v族化合物半導(dǎo)體襯底IO的半導(dǎo)體元件。將這種半導(dǎo)體元件安裝到例如引線框架上。然后，進行導(dǎo)線接合程序等，由此，能夠得到包括上述元件的半導(dǎo)體裝置。在這點上，未對進行外延層生長的方法進行具體限制。例如能夠采用如下方法氣相外延法如氫化物氣相外延(HVPE)法、分子束外延(MBE)法、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)法和升華法；液相18法如助溶劑法和高氮壓力溶液法等。通過進行上述步驟(S11S13和S21)，能夠制造圖4或圖5中所示的外延晶片20或22。如上所述，本實施方案的制造外延晶片20或22的方法包括在實施方案1中的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成外延層21的后處理步驟(S21)。根據(jù)本實施方案的制造外延晶片20或22的方法，在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10的氧化膜12的表面12a上，存在相對大量的V族原子，且存在相對少量的III族原子。在通過使用所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10形成外延層21的過程中，V族原子易于脫落。然而，由于在本實施方案中的m-v族氮化物半導(dǎo)體襯底io的表面上存在的v族原子的量大，所以V族原子在外延層21表面上的量不可能少。因此，能夠抑制外延層21表面上V族原子和III族原子之間化學(xué)計量平衡的劣化。因此，能夠制造外延晶片20和22，其中阻止了所述外延層21表面變粗糙。此外，使用其中氧化膜12的厚度變化受抑制的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10。因此，在后處理步驟(S21)中，當(dāng)升高溫度以在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底10上形成外延層21時，氧化膜12中的0原子與吸收的Si原子一起被電活化，從而形成深水平。因此，已經(jīng)形成淺水平的Si原子釋放載流子且已經(jīng)形成深水平的O原子捕獲載流子而電中和。結(jié)果，在所述外延層21形成過程中，能夠抑制捕獲的Si作為n型載流子的功能。因此，在通過使用ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底io制造半導(dǎo)體元件的情況下，能夠抑制半導(dǎo)體元件特性的劣化。如上所述，抑制了Si作為載流子的功能。因此，在通過本實施方案的制造外延晶片20或22的方法制得的外延晶片20或22中，能夠?qū)II-V族化合物半導(dǎo)體襯底10和外延層21之間界面10a處的載流子濃度降至低于5xl014cm人實施例1在本實施例中，對由利用酸性溶液對襯底進行清潔的清潔步驟(S12)和通過濕法在所述襯底上形成氧化膜的形成步驟(S13)產(chǎn)生的效果進行了檢驗。本發(fā)明實施例18關(guān)于本發(fā)明實施例18，基本上按照實施方案1制造了III-V族化合物半導(dǎo)體襯底，其后，按照實施方案2制造了外延晶片。具體地，首先在準備步驟(S11)中，準備了由GaAs形成GaAs單晶錠，通過對所述GaAs單晶錠進行切片準備襯底。其后，對所得到的襯底外周進行斜切(chamfer)。然后，用游離磨料對襯底進行拋光或用固定的磨料對襯底進行研削，使得提高所述襯底表面的平坦度，另外，調(diào)節(jié)厚度。隨后，用膠體二氧化硅和氯基研磨液的混合溶液對襯底進行研磨，其后，用氯基研磨液對襯底進行研磨。然后，用膽堿(胺)清潔襯底表面，然后對其進行旋轉(zhuǎn)干燥。然后，在清潔步驟(S12)中，通過使用下述表中所示的酸性溶液進行襯底的薄層旋轉(zhuǎn)干燥。其后，進行用作為氧化劑的過氧化氫水溶液的清潔，然后迸行旋轉(zhuǎn)干燥。隨后，在形成步驟(S13)中，通過使用下述表中所示的溶液在襯底上形成氧化膜。根據(jù)上述步驟(S11S13)，制造了本發(fā)明實施例18的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底。接下來，在后處理步驟(S21)中，對III-V族化合物半導(dǎo)體襯底進行MOCVD法，由此外延生長了厚度為1|im的GaAs層(外延層)。以這種方式，制造了本發(fā)明實施例18的外延晶片。比較例15除了不進行清潔步驟(S12)和形成步驟(S13)之外，基本上以與本發(fā)明實施例18中相同的方式制造了比較例1的ni-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片。除了不進行清潔步驟(S12)之外，基本上以與本發(fā)明實施例18中相同的方式制造了比較例2和3的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片。除了在清潔步驟(S12)中通過使用下述表中所示的堿性溶液進行清潔之外，基本上以與本發(fā)明實施例18中相同的方式制造了比較例4禾n5的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片。測量方法關(guān)于本發(fā)明實施例18和比較例15的各種III-V族化合物半導(dǎo)體襯底，通過下列方法測量了氧化膜的厚度和再現(xiàn)性。關(guān)于氧化膜的厚度，利用橢圓光度法(ellipsometricmethod)測量了在襯底表面中心處形成的氧化膜的厚度。假定所述再現(xiàn)性為o/x，其中以相同方式制造了五個相同的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底，假定所述襯底上的氧化膜的平均值為x，且假定標準偏差為cr。關(guān)于本發(fā)明實施例18和比較例15的外延晶片，通過下列方法測量了表面粗糙度、霧度和缺陷數(shù)。關(guān)于霧度和缺陷數(shù)，使用由科磊(Tencor)公司制造的Surfscan6220作為表面檢查系統(tǒng)來測量外延層的表面。關(guān)于表面粗糙度，在300,000勒克斯的聚焦燈下對整個外延層表面的微小粗糙度的存在或不存在進行視覺檢查。當(dāng)在整個表面上觀察到均勻性時，評價為良好，當(dāng)即使在部分表面中觀察到粗糙度的發(fā)生時，也評價為不良。此外，通過下列方法測量了III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面處的薄層電阻和載流子濃度。關(guān)于薄層電阻，通過使用充當(dāng)渦電流薄層厚度測量設(shè)備的Reheighten測量了III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和在其上生長的外延層的薄層電阻。如下所述測量了載流子濃度。也就是，通過從在III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上層壓了外延層的外延晶片中心附近選取3mm長、25mm寬的芯片并蒸發(fā)金，來制造試樣。將得到的試樣與探針接觸，施加電壓，并測量電容(C)-電壓(V)。根據(jù)測得的C和V計算m-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面附近處的載流子濃度。其結(jié)果示于下述表中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage23</column></row><table>測量結(jié)果如表中所示，關(guān)于其中進行了用酸性溶液對襯底清潔的清潔步驟(S12)和通過濕法在所述襯底上形成氧化膜的形成步驟(S13)的本發(fā)明實施例18的m-V族化合物半導(dǎo)體襯底，氧化膜的再現(xiàn)性(cj/x)改進至5.8%以下，抑制了外延晶片表面變粗糙，另外，III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面處的薄層電阻高，為4.7x104(Q/口)以上。從而發(fā)現(xiàn)，能夠以高精度控制氧化膜的厚度，在形成外延層時能夠抑制表面變粗糙，另外，能夠抑制Si作為n型摻雜劑的功能。此外，本發(fā)明實施例18的所有外延晶片的表面霧度低，為2.8ppm以下。另外，本發(fā)明實施例18的外延晶片表面上的缺陷數(shù)低，為450pes以下。特別地，在氧化膜厚度為15A30A的本發(fā)明實施例l5、7和8中，III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面的薄層電阻為3.3x105(Q/口)以上且載流子濃度為3.9x1014cm—3以下。因此，應(yīng)當(dāng)清楚，通過將氧化膜的厚度規(guī)定為15A30A，能夠有效抑制Si作為n型摻雜劑的功能。另外，在通過使用過氧化氫水溶液形成氧化膜的本發(fā)明實施例28中，氧化膜的再現(xiàn)性為3.3%以下且可以以極高精度控制所述氧化膜的厚度。另一方面，在未進行清潔步驟(S12)和形成步驟(S13)的比較例1中，盡管自發(fā)形成了氧化膜，但是不能抑制在m-v族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面處Si的活化。此外，關(guān)于未進行清潔步驟(S12)但進行了形成步驟(S13)的比較例2和3，由于在形成步驟中使用了中性溶液，因此不能抑制外延層表面變粗糙。而且，在通過使用堿性溶液代替酸性溶液來進行清潔的比較例4和5中，也不能抑制表面變粗糙。認為其原因如下所述。也就是，在GaAs襯底表面上形成含Ga的氧化物如0&203和As的氧化物如AS203的自發(fā)氧化膜。這種自發(fā)氧化膜容易溶于酸性溶液中，但是在堿性或中性范圍內(nèi)，與Ga的氧化物的溶解度相比，As的氧化物的溶解度極大。因此，在堿性或中性溶液與襯底接觸的情況下，III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的表面變成富集Ga的表面，其中III族原子Ga大量存在，另外，表面上發(fā)生不均勻(凹陷和凸起)。當(dāng)在后處理步驟(S21)中以這種狀態(tài)形成外延層時，V族原子As進一步脫落且Ga原子和As原子之間的化學(xué)計量平衡發(fā)生劣化。如上所述，根據(jù)本實施例確定，通過進行用酸性溶液來清潔襯底的清潔步驟(S12)和通過濕法在所述襯底上形成氧化膜的形成步驟(S13),能夠制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片，其中所述氧化膜的厚度能夠以高精度控制且在形成外延層時抑制表面變粗糙。實施例2在本實施例中，檢驗了氧化膜的形成效果。具體地，分別在與上述本發(fā)明實施例2和比較例1的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底相同的條件下制造了各十個in-v族化合物半導(dǎo)體襯底。接下來，將以分別與本發(fā)明實施例2和比較例l相類似的方式制造的各五個III-V族化合物半導(dǎo)體襯底在550'C下保持15分鐘，同時供應(yīng)氫氣和胂氣(熱清潔)。隨后，在后處理步驟(S21)中，在580'C下并在與本發(fā)明實施例2或比較例1中相同的條件下，在各個III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層。此外，將其余五個III-V族化合物半導(dǎo)體襯底在730'C下保持15分鐘，同時供應(yīng)相同氣體(熱清潔)。隨后，在后處理步驟(S21)中，在58(TC下并在與本發(fā)明實施例2或比較例1中相同的條件下，在各個III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層。測量方法關(guān)于各種外延晶片，以與實施例1中相同的方式測量了電阻(薄層電阻)。其結(jié)果示于圖7中。在這點上，圖7為顯示熱清潔溫度和III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延層之間界面處的電阻之間關(guān)系的圖。在圖7中，縱軸表示電阻(單位Q/口)，橫軸表示熱清潔溫度(單位。c)。測量結(jié)果如圖7中所示，與實施例2中形成氧化膜的相類似的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片具有高電阻，這與熱清潔溫度無關(guān)。另一方面，未形成氧化膜的比較例1的III-V族化合物半導(dǎo)體襯底和外延晶片的電阻隨熱清潔溫度的升高而增大。如上所述，根據(jù)本實施例，應(yīng)當(dāng)清楚，通過形成氧化膜能夠制造具有期望特性的外延晶片，而與形成條件如III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的熱清潔條件無關(guān)。此外，根據(jù)在其中形成氧化膜的本發(fā)明，應(yīng)當(dāng)清楚，由于不必在形成外延層之前立即進行熱清潔，所以能夠降低形成外延晶片所需要的成本。應(yīng)當(dāng)理解，上面公開的實施方案和實施例僅是示例性的而不是限制性的。本發(fā)明的范圍不是由上述實施方案確定，而是由權(quán)利要求書的范圍確定。本發(fā)明旨在涵蓋包括在權(quán)利要求書的主旨和范圍內(nèi)的所有變形和等效排列。權(quán)利要求1.一種制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，所述方法包括如下步驟準備由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底；用酸性溶液清潔所述襯底；以及在清潔之后通過濕法在所述襯底上形成氧化膜。2.如權(quán)利要求1所述的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，其中在所述形成氧化膜的步驟中，所形成的氧化膜的厚度為15A30A。3.如權(quán)利要求1或2所述的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，其中在所述清潔步驟中，使用pH為6以下的酸性溶液。4.如權(quán)利要求1或2所述的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，其中在所述形成氧化膜的步驟中，通過使用過氧化氫水溶液形成所述氧化膜。5.如權(quán)利要求1或2所述的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法，其中在所述準備步驟中，準備由GaAs、InP或GaN構(gòu)成的襯底。6.—種制造外延晶片的方法，所述方法包括如下步驟通過權(quán)利要求1或2的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底；以及在所述m-v族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層。7.—種III-V族化合物半導(dǎo)體襯底，其通過權(quán)利要求15中任一項的制造m-v族化合物半導(dǎo)體襯底的方法制造。8.如權(quán)利要求7所述的m-v族化合物半導(dǎo)體襯底，其中所述氧化膜的厚度為15A30A。9.一種外延晶片，所述外延晶片包括權(quán)利要求7或8的m-v族化合物半導(dǎo)體襯底；和設(shè)置在所述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上的外延層。全文摘要本發(fā)明提供III-V族化合物半導(dǎo)體襯底、外延晶片及它們的制造方法，其中以高精度控制在襯底上或晶片中形成的氧化膜的厚度，并阻止所述外延晶片的表面變粗糙。本發(fā)明的制造III-V族化合物半導(dǎo)體襯底的方法包括如下步驟首先，提供由III-V族化合物半導(dǎo)體構(gòu)成的襯底；其后，用酸性溶液清潔所得到的襯底；隨后，在所述清潔之后通過濕法在所述襯底上形成氧化膜。進一步地，通過在上述III-V族化合物半導(dǎo)體襯底上形成外延層可得到外延晶片。文檔編號H01L21/316GK101630641SQ20091016454公開日2010年1月20日申請日期2009年7月20日優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日發(fā)明者中山雅博,樋口恭明申請人:住友電氣工業(yè)株式會社