[发明专利]半导体薄膜制造方法以及磁电变换元件的制造方法

说明书

本发明涉及用以检测旋转、位移等的磁电变换元件所适用的半导体薄膜制造方法。

采用半导体的磁电变换元件，其优点在于频率特性优良，可非接触检测，抗噪声性能好等，因而得到了广泛的应用，主要用作非接触式旋转位移传感器。这些元件中，半导体具有最大电子迁移率的锑化铟(InSb)磁电变换元件因检测输出大，与待检测体间的间隙可选得较宽，所以最适合用于旋转位移检测传感器。在这种采用InSb的磁电变换元件中，有磁阻元件和霍尔元件两类，下面用磁阻元件对以往的情况进行说明。

以往的InSb磁阻元件因制造工艺可分为块体型与薄膜型。前者所用的制造方法是将块状单晶粘接在支承基板上，研磨成薄片再进行加工，这种结构采用块状单晶，电子迁移率最大，达5-8m²/V·s，因而检测输出较大。但缺点在于其电子迁移率受温度影响较大，不易使用。而且，由于是粘接结构，所以存在高温时粘接层与InSb的热膨胀系数不同而使InSb薄膜产生龟裂的问题。因而，工作温度范围仅限于-20～+80℃。对于例如使用温度范围是-50°～+150℃的汽车用这类高温用途，没有可靠性，未被使用。

后者为薄膜型，其制造则利用经真空蒸发法等真空工艺在基板上形成InSb薄膜之后，再进行加工。若按照这种方法，虽然由于膜中存在晶界、错位，电子迁移率比块状单晶差，但其受温度的影响不大，容易使用。而且，直接在基板上形成InSb薄膜，有可能确保作高温用途时的可靠性。其优点还有可以比块体型做得更薄，因而容易使元件具有高阻抗，可以使耗电较低并且小型化。

但是，在薄膜型中，所用的基板成为重要因素。例如在玻璃等表面为非晶体的基板上形成InSb膜时，得到的膜是多晶膜，其电子迁移率顶多为2-3m²/V·s，检测输出小。而且，福中等人采用解理云母基板，获得了与单晶等同的电子迁移率(福中等，东洋通信机技报No.40，1987)。但是，这种方法由于InSb薄膜附着于云母基板的强度较低，因而需要通过粘接层将InSb薄膜复制于另一支承基板上。因此，使用温度也限于与块体型相同的范围。除此之外还有采用分子束外延法(MBE)在CdTe、蓝宝石、BaF₂、GaAs等基板上使之外延生长的例子，但这些基板非常贵。

Chyi等人则利用MBE法在比较便宜的Si单晶基板上获得了电子迁移率3.9m²/V·s的InSb薄膜(J.I.Chyi et al，Appl.Phys.Lett54，11/1989)。但是，这种方法为了除去Si表面氧化膜，需要在超高真空(通常10^-7Pa以下)保持900℃以上高温的工艺，不容易将它应用于制造工序中。

这样，薄膜型由于没有一种制造方法，能方便且价廉地在基板上直接形成具有高电子迁移率的InSb薄膜，要广泛普及还做不到。

本发明的目的在于解决InSb磁电变换元件上述课题，通过方便、价廉地在基板上直接形成电子迁移率与块体型同等的InSb薄膜，提供一种作高温用途也十分可靠的半导体薄膜制造方法以及磁电变换元件制造方法。

为达到上述目的，本发明提供一种半导体薄膜的制造方法，其特征在于具有：除去表面由Si单晶组成的基板的表面氧化膜，并由氢终止表面Si悬空键的工序；该氢终止Si单晶基板上形成由Al、Ga、In中至少选一种而组成的起始层的工序；在该起始层上形成至少含In以及Sb的缓冲淀积层的工序；以高于缓冲淀积层形成起始温度的温度在该缓冲淀积层上形成至少含In以及Sb的半导体薄膜的工序。而且，较佳制造方法的特征在于，使缓冲淀积层的形成温度随成膜厚度的加大而降低。

本发明还提供一种磁电变换元件的制造方法，其特征在于对应用上述制造方法所得到的半导体薄膜进行加工，在这上面增设电极。

按照上述构成，经氢终止的Si表面可由氢防止氧化，维持表面稳定。接下来，通过设置Al、Ga、In组成的起始层，此后再形成的缓冲淀积层就成为平滑且大面积的结晶体，而且成为承接Si单晶基板结晶方位的外延生长膜。再通过以高于缓冲淀积层形成起始温度的温度形成半导体薄膜，缓冲淀积层便起到缓和基板与半导体膜薄之间晶格失配以及热膨胀系数不同的作用。而且，可以使半导体薄膜的结晶生长速度加快。因而可获得一种外延生长半导体薄膜，具有各晶粒连在一起的良好结晶状态。特别是通过使成膜温度随成膜厚度的加大而降低来形成缓冲淀积层后，再升温至半导体薄膜的形成温度，用这种方法可进一步缓和与基板的晶格失配，能进一步改善半导体薄膜的结晶状态。