专利名称：大部分形成在GaAs与InxGa的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及到无机衬底的化学腐蚀，更确切地说是涉及到InGaAsP的四元界面层的化学腐蚀。
背景技术：
异质结双极晶体管(HBT)是性能非常高的晶体管，与常规双极晶体管不同，它用一种以上的半导体材料(因而称为“异质结”)构成。这些晶体管被构成为利用用来形成器件发射极、基极、以及收集极部分的半导体材料的不同带隙的优势。这种半导体材料包括n-AlGaAs/p-GaAs/n-GaAs或与Si组合的SiGe。可以用诸如分子束外延(MBE)或金属有机化学气相淀积(MOCVD)之类的高精度外延来形成HBT。
目前，AlGaAs/GaAs HBT是半导体工业成长最块的部分。但在接下来的几年中，InGaP/GaAs技术由于其优越的电学特性和可靠性，可望取代AlGaAs/GaAs技术。这一事实已经在本技术领域中得到承认。于是，例如U.S.6043520(Yamamoto)指出，Al从这些器件的发射极层和镇流电阻器层的消除，减少了晶体生长过程中被捕获的杂质的数量。这又防止了可能来自这些杂质的电流稳定性的退化，从而改善晶体管的可靠性。
InGaP/GaAs基HBT还由于其组成材料的固有电子输运特性而提供了高速、低功率性能，这些特性包括高电子迁移率和高峰值电子漂移速度。而且，对于制造高速、高密度集成电路的没有严重电流增益退化的亚微米发射极器件来说，InGaP中的小的表面复合速度是有利的。此外，InP-基HBT由于其与长波长光学器件集成的能力而对于光电集成电路应用非常有吸引力。而且，InGaP/GaAs异质结比AlGaAs/GaAs系统更不容易氧化，便于InGaP HBT的再生长和器件加工。
但为了充分发挥InGaP/GaAs技术的优点，必须开发其适用的加工技术，包括湿法腐蚀和干法腐蚀技术。由于InGaP需要在基极层顶部上以尽可能小的外加损伤被选择性地腐蚀，故在这些系统的制造中执行选择性湿法腐蚀。随后在基极表面上形成基极接触。由例如非选择性腐蚀引起的对基极表面的任何损伤，将使器件的性能和载流子寿命退化。发射极外延层可能相当复杂，要求包括界面层的多层选择性湿法腐蚀。
包括湿法腐蚀和干法腐蚀的各种腐蚀系统，对于半导体技术领域是众所周知的，且其中某些已经被用来制造包含GaAs和/或InGaP层的器件。于是，在存在InAlAs或InP的情况下，例如过氧化氢溶液已经被用来选择性地腐蚀InGaAs。
还已知过氧化氢和酸被用于砷化镓的二步腐蚀过程中的各种方法。在这些方法中，酸和过氧化氢被应用于分立的步骤中，并在二种使用中小心地进行冲洗。
在形成异质结双极半导体器件的一种已知的方法中，磷酸(H3PO4)和过氧化氢(H2O2)的水溶液被用来腐蚀覆盖InGaP发射极层的GaAs发射极钝化层。显然，此溶液不腐蚀InGaP，致使腐蚀停止于InGaP发射极层的表面处。
还已知已经应用于n型砷化镓衬底的光化学腐蚀工艺。在某些这种工艺中，过氧化氢溶液已经被用来处理各种包含铝的III-V族化合物半导体。已经有一些建议即某些这种溶液通过加入HCl能够呈现酸性。
不幸的是，由于缺少可靠地腐蚀InGaP/GaAs界面的商业上可行的工艺，故InGaP/GaAs基HBT的商业发展多年来受到了阻碍。虽然已知能够用来单独腐蚀InGaP或GaAs的工艺和化学，但当必须跨越InGaP/GaAs界面进行腐蚀时，腐蚀的质量和一致性就成了问题。因此，在本发明之前，难以在商业规模上可靠地制造InGaP/GaAs基HBT。特别是对于具有多个InGaP/GaAs界面的器件，情况更是如此。但这种多界面器件由于其提供的工艺灵活性而非常可取。
借助于改变HBT的设计，使之避免InGaP/GaAs界面，或尽可能减小跨越这些界面的不均匀腐蚀，已经作出了一些尝试来避免这些问题。但这些方法倾向于折中对器件性能和可靠性至关重要的器件参数的设计，导致比理想特性差的功能较少的产品。
于是，对于克服了这些不足的用来制造基于InGaP/GaAs的HBT，且使得能够制造更先进的接近理想设计的HBT的方法，存在着需求。以下所述的本发明满足了这些和其它的需求。
发明内容
本发明一般涉及到无机衬底的化学腐蚀。根据仔细的研究已经发现，跨越InGaP/GaAs界面的一致性能够受到沿界面存在的有问题的痕量InGaAsP的巨大影响。这些痕量InGaAsP能够出现变化的厚度，并以不同于下方衬底的速率腐蚀。结果，即使在同一批产品中，腐蚀时间也会逐个器件大范围变化，致使标准腐蚀时间的采用导致某些器件腐蚀不足而其它器件被过度腐蚀。而且，即使在单个器件中，InGaAsP形成的厚度不均匀性也可以导致腐蚀不足的某些界面部分和腐蚀过度的其它部分。
意想不到的是已经发现，借助于采用此处所述的方法清除沿GaAs/InGaP界面出现的InGaAsP淀积物，这些不确定性能够被克服，并能够大幅度改善腐蚀的一致性。这样做的结果是能够大幅度改善跨越InGaP/GaAs界面的腐蚀一致性，从而能够采用标准的腐蚀时间。而且，能够根据本发明在商业规模上容易地制造HBT，且能够用可以包含多个GaAs/InGaP界面的更先进的接近理想的设计来制造这些器件。
在一种情况下，本发明涉及到制造半导体器件的一种方法。根据此方法，衬底被制备，它包含含有GaAs的第一层和含有InGaP的第二层，其中，第一和第二层跨越含有InGaAsP的公共界面被接合。InGaAsP典型地具有化学式InxGa1-xAsyP1-y，其中0＜x，y＜1。同样，InGaP典型地可以具有一般化学式InxGa1-xP，其中0＜x＜1。衬底可以是诸如异质结双极晶体管之类的场效应晶体管。用第一液体组分，第一层被一直腐蚀到至少部分界面被暴露，然后用包含分布在液体媒质中的氧化剂的第二组分，暴露的界面被腐蚀。第一组分例如可以是H3PO4/HCl/H2O、柠檬酸/H2O2、或H3PO4/HCl，而第二组分例如可以是HCl/H2O2的水溶液。第二溶液最好是稀释的水溶液。第二溶液最好还对InGaP呈现腐蚀停止的行为。第二溶液在InGaP上停止腐蚀的能力，提供了明显的工艺灵活性，并得到用来确定发射极的更受到控制的方法。此方法还使得能够用包含多个GaAs/InGaP界面的更先进的接近理想的设计来制造HBT。
在另一种情况下，本发明涉及到腐蚀衬底的一种方法，它包括提供包含InxGa1-xAsyP1-y形成物的衬底其中0＜x，y＜1，以及用包含分布在液体媒质中的氧化剂的组分腐蚀InGaAsP形成物的步骤。此组分最好是稀的酸性过氧化物溶液，例如稀释的HCl/H2O2的水溶液。衬底可以包含含有GaAs和InGaP的外延层，且这些外延层可以具有含InGaAsP的公共界面。
在另一种情况下，本发明涉及到制造半导体器件的一种方法。根据此方法，III-V族化合物异质结构被制造，它包括具有不同组分的相邻的第一和第二外延层，且其中，第一和第二外延层分别包含GaAs和InGaP。第一和第二层之间排列有包含InGaAsP的界面。此异质结构经受选择性地腐蚀第一层的第一腐蚀剂，然后经受选择性地腐蚀界面的第二腐蚀剂。第二腐蚀剂包含过氧化氢的水溶液，且pH值小于7，优选约为5到小于7，更优选为大约5-6.5。
下面更详细地来描述本发明的这些和其它情况。
图1-2是剖面图，示出了GaAs/InGaP HBT的基极、突出部分、以及发射极部分的结构；图3是剖面图，示出了GaAs/InGaP HBT一个实施方案的基极、突出部分、发射极部分的组分以及器件中各个界面层的位置；图4是GaAs/InGaP HBT的基极、突出部分、以及发射极部分中的界面层的透射电子显微照片；图5-6是透射电子显微照片，演示了界面存在对腐蚀的影响；图7-8是透射电子显微照片，分别示出了用无界面腐蚀形成的发射极分布以及用界面腐蚀形成的发射极分布；图9是透射电子显微照片，示出了不清除界面而腐蚀GaAs/InGaP HBT的效果；图10是隧道电子显微照片，示出了界面被清除时，GaAs/InGaPHBT的发射极/突出部分湿法腐蚀分布；而图11-12是隧道电子显微照片，示出了HBT晶片上发射极选择性湿法腐蚀的结果。
具体实施例方式
根据本发明，提供了一种对HBT和其它场效应晶体管以及半导体器件进行化学腐蚀的方法。此方法提供了用来生产高质量的基于GaAs/InGaP的半导体器件的高度可靠的制造途径。
本发明的一种情况涉及到提供诸如H2O2/HCl稀释水溶液之类的氧化剂酸性溶液，此溶液能够被用来可靠地腐蚀存在于GaAs/InGaP层对之间的界面。这种界面的典型特性是以变化的层厚出现的InGaAsP的变化的浓度。这些InGaAsP浓度可以具有能够用通式InxGa1-xAsyP1-y表示的变化的组分，其中0＜x，y＜1。根据本发明的用来腐蚀这些界面的腐蚀溶液对界面进行选择性清除，且腐蚀最好在InGaP上停止，从而为任何后续的InGaP湿法腐蚀提供新鲜的表面。
根据本发明用来腐蚀GaAs/InGaP界面的腐蚀溶液，在GaAs/InGaP HBT和其它场效应晶体管的制造中是特别有利的。用这些溶液得到的腐蚀强度使得能够利用多个InGaP层和多个GaAs/InGaP界面实现更先进的接近理想HBT的设计。这些多个界面则可以被用来在整个腐蚀过程中提供方便的腐蚀停止层，从而提高工艺的可重复性和强度，并使制造工艺更容易控制和更不依赖于衬底的不均匀性。相反，大多数现有技术方法借助于避免出现这种界面情况，或借助于将器件参数的设计折中成不是最佳设计以便尽可能减小这些界面的影响，来处置InGaP/GaAs界面问题。
虽然根据本发明用来腐蚀GaAs/InGaP界面的腐蚀溶液，在GaAs/InGaP HBT和其它场效应晶体管的制造中是特别有利的，但它们也可以被更一般地用来腐蚀其中可能出现这些界面的任何衬底或半导体器件中的GaAs/InGaP界面。这些溶液也可以被一般地用来腐蚀InGaAsP浓度或淀积物，无论这种浓度或淀积物可能出现在什么地方。
本发明的另一种情况涉及到界面腐蚀之前和之后出现的加工步骤。最好借助于用对下方层呈现腐蚀停止行为的溶液腐蚀上方层，来首先暴露界面。此溶液最好对界面也呈现腐蚀停止的行为。在界面腐蚀之后，可以用适当的腐蚀溶液或用其它合适的方法，来腐蚀下方层。于是，例如若上方层是GaAs而下方层是InGaP，则可以用有效腐蚀GaAs但腐蚀停止于InGaP上的诸如柠檬酸/过氧化氢之类的溶液来腐蚀GaAs(下面更详细地描述)从而为进一步加工而暴露界面。在如上所述已经腐蚀了界面之后，可以用H3PO4/HCl溶液或用其它合适的方法，来腐蚀下方的InGaP层(下面更详细地描述)。
根据本发明用于化学腐蚀的溶液典型地包含液体媒质。这种液体媒质可以包含各种本技术所知的有机和/或无机液体或溶剂或这些液体或溶剂的混合物。例如包括各种液体碳化氟或碳氟化氢。可以根据其溶解腐蚀溶液中的反应物和/或包括各种腐蚀过程中可能由腐蚀溶液在衬底上的作用而产生的无机氧化物或盐类的腐蚀工艺副产品的能力，来选择这些液体或溶剂。但腐蚀溶液最好是水溶液。在有意用作界面腐蚀的溶液的情况下腐蚀溶液最好是稀释的水溶液。
根据本发明用于化学腐蚀的溶液也可以包含氧化剂。借助于根据诸如被腐蚀的材料和所希望的腐蚀速率及选择性的特殊选择，各种氧化剂可以被用于这方面。例如，这种氧化剂可以包括过氧化氢和其它过氧化物，包括有机过氧化物。在某些情况下也可以利用其本身是氧化剂的液体媒质。还可以用紫外光来影响和促进氧化。但最好用过氧化氢(H2O2)作为氧化剂，部分是基于其容易得到、容易处置、以及当用于与某些酸组合时能够提供选择性。
各种酸也可以被用于根据本发明用于化学腐蚀的溶液中。虽然各种路易斯酸能够被用于这方面，但用于本发明实际的酸最好是诸如盐酸、硫酸、硝酸、磷酸、乙酸、柠檬酸、氢氟酸之类的质子配以及诸如具有由通式(XOn)p-表示的离子之类的卤素含氧酸，其中X是卤素元素，n是3、4、或6，而p是1、2、或3。也可以使用上述各种酸的各种混合物。在这些酸中，对于用来腐蚀GaAs/InGaP的界面的溶液，盐酸是特别优选的。柠檬酸可用来腐蚀InGaAs和GaAs衬底，且由于它在适当条件下对InGaP呈现腐蚀停止行为，故对于腐蚀GaAs/InGaP界面处的GaAs层特别有用。H3PO4/HCl混合物由于容易腐蚀具有不同程度无序的InGaP衬底而可用来腐蚀InGaP衬底。结果，H3PO4/HCl混合物的使用使发射极湿法腐蚀模块非常坚固。
用于实行本发明的腐蚀溶液的酸、氧化剂、以及其它组分的比率，能够部分依赖于腐蚀条件(例如温度)、所希望的腐蚀速率、以及要求的选择性而变化。于是，例如在用来腐蚀GaAs/InGaP界面的H2O2/HCl溶液中，H2O2∶HCl的体积比典型为大约1∶5-5∶1，优选为大约1∶3-3∶1，更优选为大约1∶3-1∶1，而最优选约为1∶2。对于用在本发明实际中的H3PO4/HCl混合物，典型的H3PO4∶HCl体积比为大约1∶10-10∶1，优选为大约1∶5-5∶1，更优选为大约1∶1-2∶1，而最优选约为3∶2。用在本发明实际中的柠檬酸/H2O2溶液的柠檬酸∶H2O2体积比典型为大约1∶10-10∶1，优选为大约1∶1-10∶1，更优选为大约1∶1-5∶1，而最优选约为3∶1。这些体积比假设混合物是从12.2M的HCl水溶液；2.9M的H2O2水溶液；14.8M的H3PO4水溶液；以及0.57M的柠檬酸水溶液产生的。本技术领域的熟练人员可以理解的是，通过体积比的适当调节，能够从更稀释或更浓缩的组成溶液产生这些腐蚀溶液。在某些情况下，采用甚至更稀释或更浓缩的柠檬酸溶液，可能是可取的。
在克分子比基础上，在根据本发明用来腐蚀GaAs/InGaP界面的H2O2/HCl溶液中，H2O2∶HCl的克分子比率典型为大约1∶20-5∶4，优选为大约1∶12-3∶4，更优选为大约1∶12-1∶4，而最优选约为1∶8。对于用在本发明实际中的H3PO4/HCl混合物，典型的H3PO4∶HCl克分子比率为大约1∶8-25∶2，优选为大约1∶4-25∶4，更优选为大约5∶4-5∶2，而最优选约为15∶8。用在本发明实际中的柠檬酸/H2O2溶液的柠檬酸∶H2O2克分子比率典型为大约1∶50-2∶1，优选为大约1∶5-2∶1，更优选为大约1∶5-1∶1，而最优选约为3∶5。
上述液体媒质和溶剂的变化的量可以被用于实行本发明所用的腐蚀溶液中。所用的液体媒质量可以依赖于诸如所需腐蚀速度和所希望的选择性等因素。但在用来腐蚀GaAs/InGaP界面的溶液的情况下，这些溶液最好是酸和氧化剂二者的稀释溶液。于是，例如当用来腐蚀界面的腐蚀溶液是H2O2和HCl的水混合物时，水对H2O2的体积比(假设12.2M的HCl水溶液和2.9M的H2O2水溶液)典型至少为大约5∶1，优选为大于大约15∶1，更优选为至少大约20∶1，最优选为大约20∶1-50∶1，而得到的溶液中的H2O2浓度典型为小于大约0.36M，优选为小于大约0.16M，更优选为小于大约0.13M，而最优选为大约0.05-0.13M。得到的溶液中的HCl浓度典型为小于大约1.44M，优选为小于大约0.64M，更优选为小于大约0.52M，而最优选为大约0.20-0.52M。在最优选实施方案中，用来腐蚀界面的溶液是过氧化氢和HCl的水溶液，其体积比H2O2∶HCl∶H2O约为1∶2∶20，且其中，HCl和H2O2的浓度分别为大约0.02M和0.13M。
实施例1-10下列实施例示出了不同腐蚀化学在腐蚀成对GaAs/InGaP层的GaAs层时的效率。
评估了大量不同水溶液在环境条件下腐蚀成对GaAs/InGaP层的GaAs层的能力。3种不同的混合物在变化的组分比率下被评估，包括H3PO4/HCl/H2O溶液、柠檬酸/H2O2溶液、以及H3PO4/HCl溶液。表1示出了上述混合物成分的体积比。借助于以所示比率混合适当体积的12.2M的HCl水溶液、2.9M的H2O2水溶液、14.8M的H3PO4水溶液、以及0.57M的柠檬酸水溶液，得到了这些混合物。
表1GaAs腐蚀化学
发现所有10种混合物都能够腐蚀GaAs层，且对InGaP呈现选择性。这些混合物都不能够腐蚀InGaAsP界面，因此，所有9种溶液都是腐蚀GaAs/InGaP HBT中成对GaAs/InGaP层的GaAs层的侯选溶液。
实施例11-14下列实施例示出了改变腐蚀溶液中HCl、H2O2、以及H2O的体积比对于溶液对存在于成对GaAs/InGaP层之间的InGaAsP界面的腐蚀行为的影响。
评估了4种包含变化的HCl、H2O2、H2O体积比的不同的HCl/H2O2/H2O水溶液在环境条件下腐蚀HBT中成对GaAs/InGaP层的界面层的能力。表2示出了各个混合物中HCl、H2O2、H2O的体积比。借助于以所示比率混合体积12.2M的HCl水溶液、2.9M的H2O2水溶液、以及水，得到了这些混合物。
表2GaAs/InGaP界面腐蚀化学
实施例11的溶液最好，呈现可控性和重复性最好的腐蚀特性。此溶液对InGaP具有高度选择性，并从界面清除所有的InGaAsP形成物，为后续腐蚀步骤留下清洁的InGaP表面。实施例12-14的溶液较不可取，它们不呈现对InGaP的好的选择性。
除了上述材料之外，各种其它的添加剂和试剂也可以被加入到用来实现本发明方法的腐蚀溶液。这包括例如诸如EDTA(乙二胺四乙酸)之类的复合剂、表面活化剂、稳定剂缓冲剂、以及其它这种材料。例如，在某些情况下，用柠檬酸钾或其它适当缓冲剂对用于本发明实施的柠檬酸溶液进行缓冲，可能是可取的。
各种仪器和技术可以被用来方便或监视本发明设想的各种腐蚀过程。于是，例如SE(光谱椭圆率测量术)可以有利地用作非破坏性监视技术来检查工艺过程中各个时刻外延层的厚度和组分。对于发射极湿法腐蚀，可以在每次腐蚀之后用SE来检查未被腐蚀层的厚度和组分。此方法确认腐蚀的完成，并标志出腐蚀不完全的任何晶片。
图1-2是剖面图，示出了基于可以根据本发明的方法制造的InGaP/GaAs的HBT的例子。此HBT由其上排列n+子收集极13、n收集极15、高掺碳基极17、以及发射极19的半导电衬底11组成。可以用一系列后续的选择性湿法腐蚀来确定发射极。具有InGaP表面钝化22的突出部分21被排列在发射极与掺碳的基极之间。例如可以借助于诸如氮化硅之类的典型深度约为400埃的介质材料的淀积和图形化，来形成此突出部分。突出部分的表面钝化降低了发射极基极结构边沿部分处对器件性能有不利影响的复合电流，并被用作完成发射极其余部分以暴露基极层所要求的后续腐蚀步骤中的硬掩模。
可以由例如溅射在InGaAs上的TiWN组成的难熔发射极接触即电极23，被排列在发射极上，并与低寄生的Au空中跨越线(未示出)形成接触。收集极接触27即电极被排列在子收集极的暴露表面上，且非合金基极接触29即电极被排列在掺碳基极的暴露表面上。典型由TiPtAu非合金材料组成的基极接触即电极，可以用非介质材料或光抗蚀剂协助的剥离方法来确定。各种溶剂可以被用来影响非介质材料或光抗蚀剂在剥离工艺中的溶解。
图1-2所示器件的发射极湿法腐蚀涉及到选择性腐蚀具有3个InGaAsP界面层的6个外延层。图1、3、4示出了典型构造中的各个外延层的组分以及各个界面层的排列，表3描述了用来腐蚀此器件中的各个层的化学物组成(表3中的各层顺序是从器件顶部到底部)。各个层的厚度典型为大约500-1000埃。
表3优选实施方案的腐蚀化学
用TiWN作为掩模，首先用选择性停止于顶部InGaP层上的3∶1的柠檬酸过氧化物(体积比，用实施例1-10中指出的柠檬酸和过氧化物溶液)，对InGaAs/缓变的InGaAs/GaAs层系列进行腐蚀。此腐蚀非常可靠，并对InGaP呈现实际上无限大的选择性。
InGaP本身的腐蚀麻烦得多，一直是制造InGaP HBT的一个主要挑战。虽然已知各种能够腐蚀InGaP本身的组分，但HBT中相邻GaAs层与InGaP层之间的界面(例如见图3和4)典型包含厚度和组分都变化的InGaAsP浓度(这些结构具有一般组分InxGa1-xAsyP1-y，其中0＜x，y＜1)。这些结构掩蔽着下方层的腐蚀。结果得到均匀性非常差的腐蚀。由于多方面的理由，这是成问题的。首先，有意要清除的突出部分上和其它区域中的未被腐蚀的InGaP的存在，导致高的基极接触电阻，这能够使器件无法工作。而且，典型用来确定突出部分的液体腐蚀各向同性地腐蚀。因此，未被腐蚀的InGaP的存在要求无法预料的额外腐蚀量来清除它，这就钻蚀了突出部分，使得难以控制其总长度。这又对得到的器件的增益特性有不利的影响。
GaAs/InGaP HBT制作中使用常规腐蚀技术引起的困难被示于图5-7的显微照片中。图5是被腐蚀过的晶片的俯视图，示出了由未被掩蔽的InGaP衬底的谷分隔开的多个TiWN掩蔽部分确定的发射极的纵向“指状物”。图6是透视图，以较高放大示出了暴露的InGaP表面。在显微照片所示的系统中，柠檬酸/H2O2溶液(体积比3∶1，采用实施例1-10中指出的柠檬酸和H2O2溶液)被用来腐蚀HBT发射极部分中成对GaAs/InGaP层的GaAs层。由于柠檬酸/H2O2溶液对InGaP层以及沿界面形成的InGaAsP的浓度有选择性，故此腐蚀暴露了至少部分被界面的InGaAsP淀积物覆盖的InGaP层的表面。发射极的其余部分被TiWN掩蔽。
柠檬酸/H2O2腐蚀之后，浓缩的HCl溶液(12.2M)被用来腐蚀暴露的衬底。已知浓缩的HCl腐蚀InGaP。但如在图6所见，界面层的存在阻碍了下方InGaP层的腐蚀，致使InGaP层的腐蚀主要发生在界面特别薄或不存在的地方，导致在这些区域局部穿通到InGaP衬底中。上面已经指出了这种不一致的腐蚀引起的不确定性。
图7的显微照片示出了界面腐蚀的不足对发射极分布的影响。除了界面腐蚀被省略(为了方便起见，突出部分形成步骤也被省略了)之外，图7的器件得自将表3所述的腐蚀系列应用于图3所述的一般构造的晶片。如图7所示，得到的器件分布由于界面层的掩蔽作用和腐蚀的各向同性本质而不规则。特别是第二和第三界面的掩蔽作用(沿从发射极部分到基极的方向移动)引起了被界面层限制在其各个相反表面上的GaAs显著突出部分的形成。由于成对的第一GaAs/InGaP层的过度腐蚀而形成突出部分上的凹陷。
图8的显微照片示出了构造相似于图7器件的器件。除了采用表3所述的界面腐蚀之外，图8的器件以相似于图7的方式被腐蚀。各个体积比是基于实施例1-10所述的溶液。与图7的器件相反，图8所述器件的发射极区具有确定得非常好的分布，其中外壁比较平滑(向下的斜率来自腐蚀的一般各向同性本质)。此分布演示了此腐蚀系列以非常可控和可靠的方式腐蚀晶片的能力，从而强调了此腐蚀系列以优化的特性大规模可靠地生产HBT的能力。
图9和10进一步示出了用常规腐蚀方法得到的结果与用本发明方法得到的结果之间的差别。当图3所述一般构造的晶片的最上部InGaP层跨越暴露的界面用浓缩的HCl溶液(12.2M)腐蚀而不首先清除界面时，得到了图9的器件。由于腐蚀是各向同性的且不能有效地清除存在于第一界面处的InGaAsP淀积物，从而使这些淀积物能够掩蔽部分的下方InGaP层，故得到了鳞片状表面。另一方面，在这些淀积物薄或不存在的暴露界面上的位置处，HCl各向同性地腐蚀下方的InGaP层，从而钻蚀这些淀积物。
但当这些淀积物被有效的界面腐蚀首先清除时，下方的InGaP层能够被更均匀而可控地腐蚀，从而导致更平滑得多的发射极分布。图10、11、12的显微照片示出了此结果。这些显微照片所示的发射极分布是利用表3所述的腐蚀系列得到的。特别是对于晶片中的各个成对的GaAs/InGaP层，GaAs层首先被在InGaP上呈现腐蚀停止行为的柠檬酸/H2O2溶液腐蚀。然后，在开始InGaP层的腐蚀之前，GaAs/InGaP界面被稀释的HCl/H2O2溶液腐蚀。如这些显微照片所示，用来形成这些发射极分布的方法，能够被用来以可控的方式可靠地制造HBT。得到的HBT具有确定得非常好的特性和平滑的外部表面。
如此处所示，本发明已经提供了生产基于GaAs/InGaP的高质量半导体器件的高度可靠的制造途径。此处公开的方法借助于提供有效清除沿这些界面出现的InGaAsP淀积物而克服了与跨越GaAs/InGaP界面腐蚀的现有技术相关的不确定性。这样做的结果是，大幅度改善了跨越这些界面的腐蚀的一致性，并能够采用标准的腐蚀时间。而且，根据本发明能够在商业规模上可靠地制造HBT，并能够用可以包含多个GaAs/InGaP界面的更先进的接近理想的设计来制造这些器件。
本发明的上述描述是说明性的，不是为了进行限制。可以理解的是，可以对上述各个实施方案进行各种添加、替换、以及修正而不偏离本发明的范围。因此，本发明的范围仅仅应该参照所附权利要求来构成。
权利要求
1.一种用来制造半导体器件的方法，它包含下列步骤提供包含含有GaAs的第一层和含有InGaP的第二层的衬底，其中，第一和第二层跨越含有InGaAsP的公共界面而连结；用第一液体组分腐蚀第一层，直至至少部分界面被暴露；以及用对InGaP呈现腐蚀停止行为的第二组分腐蚀所述界面，此第二组分包含分布在液体媒质中的氧化剂。
2.权利要求1的方法，其中，所述半导体器件是场效应晶体管。
3.权利要求1的方法，其中，所述半导体器件是异质结双极晶体管。
4.权利要求1的方法，其中，所述第二组分是包含HCl和H2O2的水溶液。
5.权利要求4的方法，其中，所述第二组分是稀释的水溶液。
6.权利要求4的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶20-约5∶4。
7.权利要求4的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶12-约3∶4。
8.权利要求4的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶12-约1∶4。
9.权利要求1的方法，其中，所述InGaAsP具有化学式InxGa1-xAsyP(1-y)，其中0＜x，y＜1。
10.权利要求1的方法，其中，InGaP具有化学式InxGa1-xP，其中0＜x＜1。
11.权利要求1的方法，其中，所述液体媒质是水。
12.权利要求1的方法，其中，所述第一组分对InGaP呈现腐蚀停止行为。
13.权利要求1的方法，其中，所述第一和第二层是外延层。
14.权利要求1的方法，其中，所述衬底具有多个含有InGaAsP的界面。
15.权利要求14的方法，其中，所述多个界面中的每一个被包含GaAs的层限制在第一侧上，并被包含InGaP的层限制在第二侧上。
16.权利要求1的方法，其中，所述第一和第二层基本上平行。
17.权利要求1的方法，还包含用第三液体组分腐蚀第二层的步骤。
18.权利要求17的方法，其中，所述第三组分包含H3PO4和HCl的混合物。
19.一种制造半导体器件的方法，它包含提供III-V族化合物异质结构，它包括具有不同组分的相邻的第一和第二外延层，所述第一和第二层分别包含GaAs和InGaP，并在其间设置有包含InGaAsP的界面；使异质结构经受选择性腐蚀第一层的第一腐蚀剂；使异质结构经受选择性腐蚀界面的第二腐蚀剂，此第二腐蚀剂包含pH值小于7的H2O2水溶液。
20.权利要求19的方法，其中，所述第二腐蚀剂的pH值大于大约5。
21.权利要求19的方法，其中，所述第二腐蚀剂还包含HCl。
22.权利要求21的方法，其中，所述第二腐蚀剂中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶20-约5∶4。
23.权利要求21的方法，其中，所述第二腐蚀剂中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶12-约3∶4。
24.一种腐蚀衬底的方法，它包含下列步骤提供具有InxGa1-xAsyP1-y构成的衬底，其中0＜x，y＜1；以及用包含稀释的H2O2和HCl水溶液的组分腐蚀此构成。
25.权利要求24的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶20-约5∶4。
26.权利要求24的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶12-约3∶4。
27.权利要求24的方法，其中，所述溶液中H2O2对HCl的克分子比率约为约1∶12-约1∶4。
28.权利要求25的方法，其中，所述溶液中HCl的浓度小于大约0.5M。
29.一种制造场效应晶体管的方法，它包含下列步骤提供衬底，它包含多个含有GaAs的第一层和InGaP的第二层的外延层，所述第一和第二外延层具有包含InGaAsP的公共界面；以及用包含分布在液体媒质中的氧化剂的组分腐蚀此界面。
30.权利要求29的方法，其中，所述氧化剂是过氧化物。
31.权利要求30的方法，其中，所述过氧化物是H2O2。
32.权利要求29的方法，其中，所述液体媒质是水。
33.权利要求29的方法，其中，所述组分包含H2O2、HCl、以及H2O。
34.权利要求33的方法，其中，所述液体媒质中HCl的浓度小于大约0.5M。
35.权利要求33的方法，其中，所述液体媒质中HCl的浓度为约0.2M-约0.5M。
全文摘要
提供了一种用来腐蚀形成在异质结双极晶体管(HBT)中的GaAs层与InGaP层之间的In
文档编号H01L29/737GK1623223SQ02827387
公开日2005年6月1日 申请日期2002年12月13日 优先权日2001年12月21日
发明者马里亚姆·G·撒达卡, 乔纳森·K·阿布鲁维海 申请人:飞思卡尔半导体公司