專利名稱：GaN基化合物材料上原位淀積高介電常數(shù)Al的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及化合物材料器件制造中的工藝處理，具體地說是一種在GaN基上原位淀積高介電常數(shù)Al2O3和金屬膜的新方法背景技術隨著通信和國防現(xiàn)代化對高速化的要求，半導體器件的尺寸不斷縮小，帶來了柵氧化層的厚度也必須相應減少。然而，當柵氧化層的厚度小于2nm時，將會引起顯著的量子隧穿效應，導致嚴重影響器件性能的柵泄漏電流。在同樣的柵介質等效厚度不變的情況下，如果采用高介電常數(shù)的材料代替SiO2作為柵介質，能夠顯著的減小直接隧穿引起的柵泄電流。
在目前研究的眾多高介電常數(shù)，即高κ材料中，Al2O3具有禁帶寬度較大、與半導體材料接觸的勢壘較高、有良好的熱穩(wěn)定性并能在較高的溫度下保持非晶態(tài)等特性，因而成為當前人們重點研究的高K介質材料之一。
此外，Al2O3薄膜還具有以下幾個重要性質(1)，抗輻射能力強，對要求耐輻照的宇航用器件，采用Al2O3做鈍化膜，有最佳的抗核輻照效果。
(2)，金屬鈉離子(Na+)在Al2O3薄膜中的遷移率較低，因此，Al2O3對鈉離子有較好的阻擋作用，有利于提高器件的穩(wěn)定性和可靠性。
(3)，具有較強的抗化學腐蝕能力。
(4)，存在負電荷效應，這種效應有助于改善和提高表面器件的性能。
現(xiàn)在用GaN基化合物材料制作的器件和集成電路IC，如異質結雙基晶體管HBT、高電子遷移率晶體管HEMT等無論在使用頻率、功率、抗宇宙核輻射等方面均比硅基Si材料要高出幾個數(shù)量級。特別是在高溫300-600℃、高輸出功率，密度已達13.5W/mm、短波長，即紫外和深紫外固態(tài)光器件、微波等方面都有著極大的誘人的特點。因此，在無線通信、光電通信、移動通信，特別在軍用雷達等方面，均成為當前社會發(fā)展的熱點。
近幾年來，國內GaN基半導體技術已開始起步并以驚人的速度迅猛發(fā)展。在HBT、HEMT以及用他們集成的微波IC、在制造過程中都需要高k介質三氧化二鋁(Al2O3)作為鈍化層和絕緣柵的柵介質。
目前，關于高κ介質Al2O3的制備技術研究也有很多，通常采用的方法有等平面陽極氧化、化學氣相淀積、直流反應濺射、高頻(射頻)磁控濺射、等離子體陽極氧化等等。在眾多的方法中，因膜的質量、設備的復雜程度、工藝控制的難于掌握等因素，人們經常使用的是陽極氧化和直流反應濺射。
1，陽極氧化生成Al2O3的機理和特點反應機理陽極氧化是以待氧化的金屬鋁(Al)，在相應的電解液中作為陽極，用鉑(Pt)金作陰極，電解液中的酸和醇經過一定時間反應后，生成一定數(shù)量的復合酯，在電極上加上合適的直流電壓和電流時，在電場作用下，能釋放出氧離子和氫離子，然后H+在陰極還原成氫氣逸出，氧離子在陽極處使金屬鋁氧化成Al2O3。這個過程可用下面簡單的反應式來說明
陽極氧化使用的電解液典型的有兩種第一種含有腐蝕鋁的酸存在，形成有孔Al2O3；乙醇∶丙三醇∶乙二醇∶磷酸20％∶20％∶30％∶30％(體積比)第二種不含有腐蝕鋁的酸，形成大孔三氧化二鋁(Al2O3)其重量比為；檸檬酸∶H2O∶乙醇5％∶47.5％∶47.5％(具體工藝為①清洗片子、去除表面氧化層，采用真空蒸法，淀積Al膜，要求Al層厚度要均勻，結構致密，無白霧狀(即無氧化斑)，Al層與基片沾附性好。然后，按常規(guī)工藝進行光刻，堅膜溫度180℃時間60分；冷卻后開始進行陽極氧化。
②有孔陽極氧化工藝恒溫65℃；恒流；恒壓。電流一般置于20-60mA，電壓一般置于100V，在恒定的電流下加到電壓的給定值，在給定的電壓下，電流已下降到一個最小值后，氧化結束，全過程一般用10-20分鐘。
③無孔陽極氧化工藝仍然采用恒溫、恒流、恒壓、定時法、等速率(每秒1V)將電壓加至給定的200V，最大電流為50-60mA，最后降至10-20mA，厚度約2500-3000陽極氧化方法設備簡單，陽極氧化的Al2O3抗Na+能力比SiO2高兩個數(shù)量級，因而很長時間內它是生成Al2O3的主要方法，但存在以下不足1)該法不能形成量產；2)生成的Al2O3膜厚度不能精確控制；3)片中各部分的厚度均勻性、片間厚度重復性均差；4)陽極氧化生成的Al2O3最大的問題是它的組成在厚度上是不均勻的?？夸X一邊是富Al+3離子的膜，而靠電解液一邊的是富氧離子的膜，中間才是絕緣的Al2O3層，因此薄膜表現(xiàn)為PIN結構，使它具備了整流特性，這在應用時是十分不利的。
正因為陽極氧化有許多問題和不足，又不能納入量產，所以人們采用了直流反應濺射的方法。
2.直流反應濺射Al2O3的機理和特點所謂濺射工藝是指向真空系統(tǒng)中充入少量所需氣體(氬、氧等)，氣體在強電作用下電離產生輝光放電，大量帶正電荷的離子受電場加速而形成高能量的離子流，它們撞擊在陰極表面(濺射靶材)，使靶的原子飛濺出來，以自由原子形式或以此與反應性氣體分子形成氧化物的形式淀積到襯底上形成薄膜，該過程就稱作濺射。
直流反應濺射又稱陰極濺射，淀積Al2O3時，以高純鋁板作陰極，基片接陽極，充入室內的高純氬、氧氣作為濺射和反應氣體，在直流高壓作用下，氣體電離產生帶正電的氬、氧離子，轟擊陰極鋁板，被轟擊出來的鋁原子在下落過程中與氧作用，生成Al2O3淀積到基片上或鋁原子降落到基片上被氧化生成Al2O3。
具體工藝是先將反應室內真空抽到2.25×10-5托(1.3×10-3Pa)以上，然后按上述比例連續(xù)向真空室內充入Ar∶O2＝1∶2(體積比)氣體，使壓力保持在10-2托左右。
兩極板間加上濺射電壓5KV；加上濺射電流40mA左右；淀積速率20/min淀積1000的Al2O3需要50分鐘，可見耗時太多、效率太低。
直流反應濺射的優(yōu)點是設備沒有射頻濺射的復雜，雖耗時多，但每次裝入片子多，可用于量產。濺射的Al2O3有負電荷效應，有一定的抗輻照、抗Na+沾污及抗腐蝕能力，作為器件表面鈍化膜是十分有利的。
但每次濺射時間很長(淀積1000的Al2O3需要50-60分鐘)，用于量產時間太長。同時Al2O3是由濺射出的Al被氧化才形成，膜質量受濺射工藝，氣體種類、純度、組分比等影響，同時反應室內真空度的高低也嚴重影響它的速率，因而給優(yōu)化工藝帶來難度。
在器件和IC的制造中，不僅需要高κAl2O3膜同時還需要多種金屬膜，用作內部電極的歐姆接觸和IC中元件的連結。化合物材料器件中金屬膜往往需要二層以上的多層金屬的復合膜，而且對膜的組分和膜厚精度要求高，其中還使用一些高熔點金屬。要解決這些問題需要使用電子束(EB)蒸發(fā)和濺射的方法，而現(xiàn)行工藝中大量使用的是EB蒸發(fā)。
3，EB蒸發(fā)制作金屬膜的工作原理及工藝被高壓加速并聚焦的電子束，由于高速運動而有極大的動能，并且能量很集中。當電子束轟擊在真空中蒸發(fā)源表面時，電子束的動能幾乎完全轉化為熱能，瞬間產生3000多度的高溫，足以使蒸發(fā)源熔化，并蒸發(fā)到基片上淀積成薄膜，因產生的溫度很高，許多難熔金屬如鉑(Pt)、鉭(Ta)、鎢(W)等都可以用EB蒸發(fā)的方法來形成金屬薄膜，同時還能蒸發(fā)氧化物。
EB蒸發(fā)裝置由反應室，真空系統(tǒng)，蒸發(fā)源容器(坩堝)，襯底加熱系統(tǒng)，電子束產生系統(tǒng)(電子槍)等主要部分組成。真空系統(tǒng)為反應室提供一定的真空環(huán)境，真空度越高，反應室內氣體分子越少，電子束能量就不易被衰減，蒸發(fā)材料也不易被氧化。為了蒸發(fā)多種材料坩堝可設置成4個或5個，裝入不同的材料，淀積時更換位置就可得到不同的金屬膜。
加熱蒸發(fā)源的熱能是電子束產生的，所以產生電子束的電子槍、是電子束蒸發(fā)臺好壞的關鍵所在，電子槍，現(xiàn)多采用偏轉電子槍，它具有功率大、蒸發(fā)速率快、工作穩(wěn)定可靠，能完全吸收高能輻射電子以及燈絲工作壽命長等特點。
電子束蒸發(fā)在蒸發(fā)時不需直接加熱坩堝，這樣就可以通水冷卻坩堝，避免了坩堝材料對膜料的沾污，所以電子束EB蒸發(fā)被廣泛應用，成為目前半導體產業(yè)中量産型金屬膜形成的主流方法。
在GaN基化合物材料HEMT和HBT的制造中有兩種必用的工藝第1種工藝是先生成高κAl2O3再生成金屬膜，如

圖1所示。其常規(guī)工藝過程如下第一步，清洗片子；第二步，將清洗后的片子放入直流反應濺射設備的反應室中進行Al2O3濺射、第三步，對蒸發(fā)的片子進行光刻；第四步，用等離子刻蝕機對Al2O3進行干法刻蝕；第五步，對刻蝕后Al2O3，進行有機和化學清洗；第六步，對清洗完畢的片子再進行光刻；第七步，將光刻過的片子，再裝入電子束EB蒸發(fā)臺中，進行金屬膜的蒸發(fā)；第八步，用丙酮對金屬膜進行剝離。
第2種工藝是先生成金屬膜再生成Al2O3，如圖2所示。該常規(guī)工藝也分為片子清洗、光刻、淀積金屬膜、剝離、清洗、淀積Al2O3、光刻、等離子刻蝕Al2O38個步驟，該8個步驟也要分別在EB蒸發(fā)臺、直流反應濺射以及等離子干法刻蝕機三種設備中完成。
上述二種工藝由于需要的工步多，因而工效低、生産成本高，除需一臺EB蒸發(fā)臺外，還需一臺幾十萬元至100多萬元的直流反應濺射臺、幾十萬元的等離子刻蝕機等設備，同時由于刻蝕中存在有害氣體，不僅對環(huán)境造成有害污染，而且，片子在加工過程中8次曝露于大氣，對器件的電氣特性特別是器件的穩(wěn)定性和可靠性以及合格率將造成極大的影響；此外用直流反應濺射設備淀積Al2O3需用大量的很貴的高純氣體，如高純Ar等，而且淀積Al2O3的均勻性，重復性不太好，淀積速率和膜厚不能直接監(jiān)測，達不到精確控制的目的。
發(fā)明的內容本發(fā)明的目的在于克服上述常規(guī)淀積Al2O3和金屬膜方法的諸多問題，提供一種在GaN基化合物材料上原位淀積高介電常數(shù)Al2O3和金屬膜的方法。
實現(xiàn)本發(fā)明目的技術方案是在GaN基片上采用4N以上高純度Al2O3顆粒作為蒸發(fā)源材料，在EB蒸發(fā)臺內，用電子束蒸發(fā)臺一次性先后完成對Al2O3膜和金屬膜的蒸發(fā)淀積，即片子不出蒸發(fā)臺就可以完成兩種膜的淀積，以達到原位加工的目的。其過程如下
第一步對GaN基材料的基片進行清洗，并吹干；第二步在清洗干凈的GaN基片上光刻圖形；第三步將光刻后的片子裝入電子束蒸發(fā)臺的反應室中，對其抽真空達預定值，用氬離子活化GaN基片表面，分別進行Al2O3膜的蒸發(fā)和金屬膜的蒸發(fā)；第四步，將片子上的Al2O3/金屬或金屬/Al2O3進行剝離，留下需要的部分。
上述進行Al2O3膜的蒸發(fā)工藝條件為a.將反應室抽真空為1.8×10-3Pa以上，b.用氬離子活化GaN基片表面30sec；c、將裝有Al2O3材料的坩堝置待加熱位置，置電子槍高壓10kv；d、在膜厚儀上，設定Al2O3的密度D和系數(shù)Z分別為4.0g/cm3和1；e、用控制器加蒸發(fā)電流10mA，使Al2O3局部熔化；f、以3.5/sec的速率進行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的過程中對電子掄的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將蒸發(fā)電流速減為0。
上述進行金屬膜的蒸發(fā)工藝條件為a.反應室內真空度維持在1.8×10-3Pa以上；b.將裝有金屬膜材料的坩堝置待加熱位置，置電子強高壓為10kv；c.在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設定其密度D為2.7～21.37、系數(shù)Z值為0.245～1.08；d.用控制器按不同金屬材料加蒸發(fā)電流30～100mA，使金屬熔化；e.以3-3.5/sec的速率進行蒸發(fā)，蒸發(fā)時對電子束的束斑進行掃描，待膜厚達到要求后將電子束電流速減為0。
本發(fā)明的工藝與上述常規(guī)工藝相比，具有如下優(yōu)點(1)本發(fā)明是將Al2O3經加熱后蒸發(fā)出Al2O3直接淀積到基板表面以形成絕緣膜，減少了影響膜質量的因素，膜仍是Al2O3減少了影響膜質量的因素，而直流反應濺射法是在濺射過程中反應生成Al2O3淀積到基板表面，所以膜的質量受影響的因素較多。
(2)完成同樣的工藝本發(fā)明只需要4個工步，比常規(guī)工藝少了4個工步，因此節(jié)省了時間，提高了工效。
(3)由于本發(fā)明淀積Al2O3和金屬膜，只需一臺EB蒸發(fā)臺即可，而常規(guī)淀積Al2O3和金屬膜，除需一臺EB蒸發(fā)臺外，還需一臺幾十萬元至100多萬元的直流反應濺射臺和幾十萬元的等離子刻蝕機，因此，本發(fā)明比常規(guī)方法極大的節(jié)約了開支。
(4)由于本發(fā)明少了4個工步，因而就少了4次污染，而且所用原料無毒，減少了對環(huán)境的污染。
(5)本發(fā)明工藝簡單，襯底溫度為室溫，且膜厚能精確控制，生成的Al2O3質量良好。性能指標如下表GaN基上原位淀積高介電常數(shù)Al2O3和金屬膜的性能指標表

附圖説明圖1為常規(guī)Al2O3/金屬膜的工藝流程2為常規(guī)金屬膜/Al2O3的工藝流程3為本發(fā)明Al2O3/金屬膜的工藝流程4為本發(fā)明金屬膜/Al2O3的工藝流程圖具體實施方式
本發(fā)明選用了日本真空公司生產的VPC-1100電子束蒸發(fā)臺，它附有膜厚測試儀、襯底加熱器及4個可移動位置的坩堝，即一次進片，可蒸發(fā)4種材料。使用的Al2O3蒸發(fā)源材料，其純度達4N以上，粒度為1-2mm；金屬材料的純度要求達4N-5N，并盡可能使用坩堝套。
實施例1在GaN片子上、先蒸發(fā)Al2O3后蒸發(fā)金屬，該金屬采用Ni(鎳)和Au(金)，即先Al2O3，后Ni/Au，其具體工藝過程為第一步對GaN基材料的基片進行清洗，然后用N2吹干；第二步在清洗干凈的GaN基片上光刻圖形；
第三步將光刻后的片子裝入電子束蒸發(fā)臺的反應室中，對其抽真空達預定值1.8×10-3Pa以上，用氬離子活化GaN基片表面30秒，并按如下條件依次進行Al2O3膜和Ni/Au金屬膜的蒸發(fā)淀積(1)按如下工藝條件進行Al2O3膜的蒸發(fā)a、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預熱后，開高壓電壓置10kv；b、將膜厚儀開關置ON，設定好Al2O3的密度D和Z系數(shù)，即D4.0g/cm3Z1.00c、用控制器加電子槍電流，使Al2O3的局部熔化，電流一般加到10mA；d、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達3.5/sec；速率和膜厚在膜厚儀上可直接顯示；e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描。因為Al2O3是絕緣物，導熱性很差，束斑老停留在一個位置，容易把坩堝打穿，而EB蒸發(fā)臺上的坩堝是很昂貴的，待膜厚儀上顯示膜厚已達到要求后，關掉擋板，將電流速減為0，冷卻2分鐘后，開始蒸金屬；(2)按如下工藝條件進行Ni金屬膜的蒸發(fā)a、反應室內真空度維持在1.8×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ni的D和Z值D8.85g/cm3Z0.331d、用控制器加電流，使Ni熔化，電流一般加到70mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達3/sec；f、蒸發(fā)時和Al2O3一樣，對電子束的束斑要不停的進行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性。待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電流速減為0，冷卻2分鐘后開始蒸Au；(3)按如下工藝條件進行Au金屬膜的蒸發(fā)a，反應室內真空度維持在1.8×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上設定Au的D和Z值，D19.3g/cm3Z0.381；d、用控制器加電流到80mA，使Au金屬熔化；
e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達3.0/sec；f、蒸發(fā)時對電子束的束斑要不停的進行掃描，待膜厚儀顯示膜厚達到要求后，關掉擋板，將電流速減為0，待淀積到片子上的Al2O3/Ni/Au冷卻20分鐘后取出；第四步，用丙酮和超聲波將蒸發(fā)到片子上的Al2O3/金屬或金屬/Al2O3進行剝離，留下需要的部分。
實施例2在GaN基材料上，先蒸發(fā)Al2O3后蒸發(fā)金屬，該金屬采用Pt(鉑)和Au(金)，即先Al2O3后Pt/Au，其具體工藝過程為第一步對GaN基材料的基片進行清洗，然后用N2吹干；第二步在清洗干凈的GaN基片上光刻圖形；第三步將光刻后的片子裝入電子束蒸發(fā)臺的反應室中，對其抽真空達預定值1.8×10-3Pa以上，用氬離子活化GaN基片表面30秒，并按如下條件依次進行Al2O3膜和Pt/Au金屬膜的蒸發(fā)淀積(1)進行Al2O3膜蒸發(fā)的條件a、電子束高壓仍置10kv；b、在膜厚儀上設定Al2O3的密度D和Z系數(shù)，即D4.0g/cm3Z1.00；c、用控制器加電流到10mA，使Al2O3局部熔化；d、打開擋板在上述電流條件下，以3.5/sec的速率蒸發(fā)e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描，待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電流速減為0，待片子冷卻2分后蒸發(fā)金屬；(2)Pt金屬膜的蒸發(fā)條件a、電子束高壓仍置10kv；b、在膜厚儀上設定Pt的密度D和Z系數(shù)，即D21.37g/cm3Z0.245；c、加電子槍電流到100mA，使Pt充分熔化；d、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達3.5/sec；e、蒸發(fā)時，對電子束的束斑要不停的進行掃描，以改善金屬熔化的均勻性，使金屬膜的質量好，蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電子槍電流速減為0，冷卻2分鐘后，開始蒸Au；
(3)Au金屬膜的蒸發(fā)條件a、電子束高壓仍置10kv；b、在膜厚儀上設定Au的密度D和Z系數(shù)，即D19.3g/cm3Z0.381；c、加電子槍電流到70mA，使Au熔化充分；d、打開擋板在上述電流條件下，以3.5/sec的速率蒸發(fā)；e、蒸發(fā)時和Pt金屬一樣，對電子束的束斑要不停的進行掃描，待膜厚儀上顯示膜厚已達到要求后，關掉擋板，將電流速減為0，待片子冷卻20分鐘后取出；第四步，用丙酮和超聲波將蒸發(fā)到片子上的Al2O3/金屬或金屬/Al2O3進行剝離，留下需要的部分。
實施例3在GaN基片上，先依次蒸發(fā)金屬Ti(鈦)、Al(鋁)、Ti(鈦)、Au(金)，再蒸發(fā)Al2O3，即先Ti/Al/Ti/Au金屬膜蒸發(fā)，后Al2O3原位蒸發(fā)，其具體過程為第一步對GaN基材料的基片進行清洗，然后用N2吹干；第二步在清洗干凈的GaN基片上光刻圖形；第三步將光刻后的片子裝入電子束蒸發(fā)臺的反應室中，對其抽真空達預定值1.8×10-3Pa以上，用氬離子活化GaN基片表面30秒，并按如下條件依次進行Ti/Al/Ti/Au金屬膜和Al2O3膜的蒸發(fā)淀積1.先依次進行Ti/Al/Ti/Au金屬膜蒸發(fā)的條件(1)蒸發(fā)Ti膜a、反應室真空度維持在1.8×10-3Pa以上，電子掄高壓仍置10kv；b、在膜厚儀上設定Ti的密度D和系數(shù)Z值，即D4.50g/cm3Z0.628；c、加電子槍電流到30mA，使Ti熔化；d、打開擋板在上述電流條件下，以3.0/sec的速率蒸發(fā)；e、蒸發(fā)時對電子束的束斑要不停的進行掃描、待膜厚達到要求后關掉擋板，將電流減為0，冷卻2分鐘后，開始蒸Al；(2)蒸Al膜a、高壓同蒸Ti膜相同；b、在膜厚儀上設定Al的密度D和系數(shù)Z值，即
D2.7(g/cm3) Z1.08；c、加電子槍電流到40mA，使Al熔化；d、打開擋板在上述電流條件下，以3.5/sec的速率蒸發(fā)；e、蒸發(fā)時對電子束的束斑要不停的進行掃描、待膜厚達到要求后關掉擋板，待片子上的Al金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Ti；(3)蒸Ti膜a、高壓同蒸Al膜相同；b、在膜厚儀上設定Ti的D和Z值，即D4.50g/cm3Z0.628；c、加電子槍電流到30mA，使Ti熔化；d、打開擋板在上述電流條件下開始蒸發(fā)，在膜厚儀直接顯示蒸發(fā)速率可達3.0/sec；e、蒸發(fā)時對電子束的束斑要不停的進行掃描、待膜厚達到要求后關掉擋板，待片子上的Ti金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；(4)蒸Au膜a、高壓同蒸Al膜相同；b、在膜厚儀上設定Au的D和Z值，即D19.3g/cm3Z0.381c、加電子掄電流到70mA，使Au金屬熔化；d、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達3.5/sec；e、蒸發(fā)時對電子束的束斑要不停的進行掃描、待膜厚達到要求后關掉擋板，待片子冷卻2分鐘后，開始蒸Al2O3；2.后進行Al2O3膜蒸發(fā)的條件a、打開蒸發(fā)臺的電子槍電源，預熱后置高壓為10kv；b、將膜厚儀開關置ON，設定Al2O3的密度D和Z系數(shù)，即D4.0g/cm3Z1.00c、用控制器加電流到10mA，使Al2O3局部熔化；d、打開擋板在上述電流條件下，以3.5/sec的速率蒸發(fā)；e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描，待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電流減為0，冷卻20分鐘后取出片子；
第四步，用丙酮和超聲波將蒸發(fā)到片子上的Al2O3/金屬或金屬/Al2O3進行剝離，留下需要的部分。
本發(fā)明在基片上進行蒸發(fā)的膜厚可通過厚膜儀設定，本發(fā)明的蒸發(fā)電流是通過控制儀給裝有基片的電子槍施加，本發(fā)明在蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的掃描是通過控制儀的旋紐進行，本發(fā)明的清洗、光刻、剝離均按常規(guī)工藝進行。
權利要求
1.一種在GaN基化合物材料上原位淀積Al2O3和金屬膜的方法，其特征在于采用高純Al2O3顆粒和金屬作蒸發(fā)材料，在1臺電子束蒸發(fā)臺內分別完成高介電常數(shù)Al2O3和金屬的兩種膜蒸發(fā)，具體過程如下(1)對GaN基片子進行清洗并用高氮吹干；(2)在基片上光刻圖形；(3)將基片裝入EB蒸發(fā)臺的反應室中，用氬離子活化GaN片子后，室溫下分別進行Al2O3膜和金屬膜的蒸發(fā)；(4)將蒸發(fā)到片子上的Al2O3/金屬，或金屬/Al2O3進行剝離。
2.根據(jù)權利要求1所述的原位淀積Al2O3和金屬膜的方法，其特征在于Al2O3膜的蒸發(fā)工藝條件為a.抽真空至1.8×10-3Pa以上；b.將裝有Al2O3材料的坩堝置待蒸位置，電子槍高壓置10kv；c.在膜厚儀上，設定Al2O3的密度D和系數(shù)Z分別為4.0g/cm3和1.00；d.用控制器加10mA的電流，使Al2O3局部熔化；e.以3.5/sec的速率進行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的過程中對電子掄的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電流減為0。
3.根據(jù)權利要求1所述的原位淀積Al2O3和金屬膜的方法，其特征在于金屬膜的蒸發(fā)工藝條件為a.反應室內真空度維持在1.8×10-3Pa以上；b.將裝有金屬膜材料的坩堝置待蒸發(fā)位置，置電子槍高壓為10kv；c.在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設定其密度D和系數(shù)Z，即D2.7～21.37 Z0.245-1.08e.用控制器按不同金屬材料加30～100mA的電流，使金屬熔化；d.以3-3.5/sec的速率進行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進行掃描，待膜厚達到要求后將電流減為0。
4.根據(jù)權利要求1所述的原位淀積Al2O3和金屬膜的方法，其中所述的在1臺電子束蒸發(fā)臺內分別完成高介電常數(shù)Al2O3和金屬兩種膜的蒸發(fā)，可以按照先蒸發(fā)金屬膜，后蒸發(fā)Al2O3膜的順序進行，也可以按照先蒸發(fā)Al2O3膜，后蒸發(fā)金屬膜的順序進行；金屬膜可以采用一種金屬材料蒸發(fā)單層金屬膜，也可以采用多種金屬材料蒸發(fā)復合層金屬膜。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的原位淀積Al2O3和金屬膜的方法，其中所述的蒸發(fā)金屬膜可以按照如下工藝條件依次進行Ti、Al、、Ti、Au的復合金屬膜蒸發(fā)第一步，蒸發(fā)Ti膜a.反應室內真空度維持在1.8×10-3Pa以上；b.蒸發(fā)高壓仍置10kv；c.在膜厚儀上，設定Ti的密度D和系數(shù)Z的值分別為4.50g/cm3和0.628；d.給電子槍加30mA電流，使Ti熔化；e.以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并對束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電流速減為0，冷卻后蒸Al膜；第二步，蒸發(fā)Al膜a.真空和高壓同Ti膜蒸發(fā)；b.在膜厚儀上，設定Al的D和Z值分別為2.7g/cm3和1.08；c.用控制器加40mA電流，使Al熔化；d.以3.5/sec的速率蒸發(fā)，并對束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電流減為0，冷卻后蒸Ti膜第三步，蒸發(fā)Ti膜a.真空和高壓與第一步蒸Ti膜相同；b.在膜厚儀上，設定Ti的D和Z值分別為4.50g/cm3和0.628；c.用控制器加30mA電流，使Ti熔化；d.以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并對束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電流速減為0，冷卻后蒸Au膜；第四步，蒸發(fā)Au膜a.真空和高壓與第一步蒸Ti膜相同；b.在膜厚儀上，設定Au的D和Z值分別為19.3g/cm3和0.381；c.用控制器加80mA的電流，使Au熔化；d.以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并對電子束的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電流速減為0，冷卻后蒸發(fā)Al2O3膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種GaN基化合物材料上原位淀積高介電常數(shù)Al
文檔編號C23C14/30GK1794428SQ20051009623
公開日2006年6月28日 申請日期2005年10月25日 優(yōu)先權日2005年10月25日
發(fā)明者謝永桂, 郝躍, 馮倩, 王沖, 龔欣, 李亞琴 申請人:西安電子科技大學