[發明專利]半導體薄膜的制造方法和采用所述薄膜的磁電轉換元件

有效

• 申請號: 01121978.5
• 申請日: 2001-06-22
• 公開（公告）號: CN1330391A
• 公開（公告）日: 2002-01-09
• 發明（設計）人: 植田雅也;佐藤友春;西川雅永
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20;H01L43/08;H01L43/06;G01B7/00
• 代理公司: 上海專利商標事務所
• 代理人: 李湘

本發明涉及制造半導體薄膜特別是銻化銦薄膜的方法，還涉及配備上述方法制造的半導體薄膜的磁電能轉換元件。

迄今，一直將高截流子遷移率的銻化銦(即InSb)化合物半導體用作磁電轉換元件如磁阻元件與霍爾元件等的材料。如在這類元件中，InSb磁阻元件用粘附于支承襯底的InSb單晶塊片經光制后制成，盡管存在高溫可靠性差的問題，因為高溫時粘合力發生劣化，且由于InSb、粘附層、支承襯底等的熱膨脹系數之差會造成剝落和開裂。因此，近年來，曾多次嘗試在硅襯底上直接生長InSb等III-V族化合物來半導體薄膜，并且已生產出優質的InSb薄膜，正如日本待審查專利申請公報No.7-249577揭示的那樣。由于優質的InSb薄膜直接形成在硅襯底上而成為元件，所以該薄膜是一種供汽車電子裝置等高溫使用的潛在的磁組材料。

然而，按日本待審專利申請公報No.7-249577揭示的方法在硅襯底上生長InSb薄膜時，截流子遷移率約為42,000cm²/V-S或更小，不符合磁阻元件期望的靈敏度。

因此，本發明的目的正是提供一種制造高載流子遷移半導體薄膜的方法。本發明的另一個目的是提供一種磁電轉換元件等的電子元件，這類電子元件配有上棕方法制作的半導體薄膜。

為實現上述的目的，按本發明某一方面的半導體薄膜制造方法包括以下步驟：從具有硅單晶表面的襯底上除去表面氧化物膜，氫終止(terminating)襯底表面，在襯底上形成銦緩沖層，在緩沖層上形成銦銻原始籽晶層，在原始籽晶層上形成銦銻主生長層，同時將上述襯底的溫度保持在460℃～480℃。

從具有硅單晶表面的襯底上除去表面氧化物膜和氫終止襯底表面的步驟，最好同時用一種水溶液處理來執行，水溶液選自氟化氫水溶液、氟化銨小溶液及其混合水溶液。此外，在形成主生長層時，最好將具有硅單晶表面的襯底的溫度提供到460℃～480℃，并在一段與襯底溫度有函數關系的保持時間之后形成該主生長層。

根據上述方法，可制成高載流子遷移率的半導體薄膜。具體地說，當具有硅單晶表面的襯底的溫度T(℃)在460～480℃范圍內，而且保持保持時間t(分鐘)滿足關系式-0.02T²＋17.3T－3703＜t＜-0.02T²＋17.3T－3691時，可穩定地呈現出45,000cm²/V.s～52,000cm²/V.s的載流子遷移率。

本發明的半導體薄膜制造方法最好還包括步驟：以較低的生長速度形成主生長層以達到預定的層厚度，并且以較高的生長速度繼續形成主生長層。具體而言，最好以0.01～0.5nm/s的低生長速度形成主生長層，直到膜厚度達到5～10nm，并以0.2～5nm/s的高生長速度繼續形成主生長層。

根據上述方法，在形成主生長層的過程中，在主生長層始階段將In與Sb的提供速度控制于低程度，提高了InSb的結晶特性。在層厚度達到預定值后，繼續形成InSb薄膜時可提高這兩種材料的提供速度而劣化結晶特性。

從具有硅單晶表面的襯底上除去表面氧化物膜和氫終止襯底表面的步驟，最好同時用一種水溶液處理來執行，水溶液選自氟化氫水溶液、氟化銨小溶液及其混合水溶液，同時將襯底表面連續遭受上述激活態的水溶液，使上述襯底的整個表面均勻地作氫終止。

在形成緩沖層，原始籽晶層與主生長層時，最好用電子束加熱型真空蒸發方法將銦加熱而蒸發，并將蒸發的銦淀積在具有硅單晶表面的襯底上。

關于磁電轉換元件等電子元件，根據本發明的另一個方面，該元件包括用具有上述特點的制造方法形成的半導體薄膜，還包括短路電板、端接電極與保持膜中的至少一種，因而該元件在高溫時具有足夠高的可靠性，且具有優良的電學特性。

通過以下參照附圖對本發明所作的描述，本發明的其它特征與優點就更清楚了。

圖1中本發明的半導體薄膜制造法所使用的真空蒸發設備的示意結構圖；

圖2是本發明一實施例的半導體薄膜制造法中有關硅襯底溫度的時間圖；

圖3表示硅襯底溫度與載流子遷移率的關系；

圖4表示保持時間與載波子遷移率的關系；

圖5表示硅襯底溫度與保持時間的關系；

圖6表示各硅襯底溫度的載流子遷移率與半寬度的關系；

圖7是本發明一實施例的磁電轉換元件的透視圖；

圖8是應用圖7所示磁電轉換元件的磁性傳感器的剖視圖；

圖9是本發明另一實施例中諸如霍爾效應器件等磁電轉換元件的透視圖。