專利名稱：Ⅲ—Ⅴ族化合物材料上原位淀積SiO的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于微電子技術領域，涉及半導體材料的處理，具體地說是一種III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法。
背景技術：
自從1957年發(fā)現(xiàn)二氧化硅(SiO2)對某些雜質如硼(B)、磷(P)等向硅(Si)中的擴散有掩蔽作用以來，將光刻技術和表面鈍化技術巧妙地結合起來，就可以生產(chǎn)出各種各樣性能優(yōu)良的平面晶體管和集成電路。
事實上，SiO2不僅可作為某些雜質擴散的掩蔽物，而且還提供了器件表面的鈍化保護作用、電絕緣作用以及構成其間本身的一部分，如在MOS晶體管中的絕緣柵中的絕緣膜、絕緣柵肖特基FET中的絕緣膜和MOS電容器的介質等，因而它的生長方法和主要性質是十分重要的。
對于Si基半導體材料上的SiO2生長，一般采用直接生長法，如干氧氧化、濕氧氧化、水氣氧化等等，生長溫度很高，一般在1000℃以上。
對于由III族元素和V族元素組成的半導體材料，即III-V族化合物半導體材料，如砷化鎵(GaAs)基、磷化銦(InP)基、氮化鎵(GaN)基等非Si基的半導體材料，如果采用直接生長法是無法實現(xiàn)的，且生長溫度很高，會發(fā)生組分的分解等問題。因而，非Si基材料上SiO2的形成，只能采用在一定的反應室中先生成SiO2，然后，將其“落在”材料上，或一邊形成SiO2，一邊“落在”材料上的堆積方法，通常稱它為淀積方法。
現(xiàn)在用GaAs基材料、InP基材料、GaN基材料等III-V族化合物材料制作的器件和集成電路，如異質結雙極晶體管HBT、高電子遷移率晶體管HEMT等無論在使用頻率、功率、噪聲、抗宇宙輻射等方面均比硅基材料要高出幾個數(shù)量級，因此在通信產(chǎn)業(yè)、高速公路智能控制系統(tǒng)、軍用雷達、軍事衛(wèi)星等方面，均成為發(fā)展的熱點。
隨著微電子技術的發(fā)展，化合物半導體技術工業(yè)也將成為必不可少的重要產(chǎn)業(yè)，而HBT、HEMT以及用它們集成的微波IC、毫米波集成電路mm IC在制作過程中都需要淀積SiO2，同時在半導體器件或IC制造過程中，還需要應用多種金屬膜。金屬膜用作內部電極的歐姆接觸和集成電路元件之間的互連，以及場效應晶體管和MOS管的柵。硅基半導體材料中，金屬膜主要使用金屬鋁(Al)材料，這種膜材一般都采用真空蒸發(fā)的方法制作，而III-V族化合物材料，如GaAs基，InP基、GaN基等材料中。金屬膜的制作比較復雜，要求精度也高，往往需要采用二層以上的多層金屬的復合膜來進行制備，而且對膜的組分和膜厚的精度要求高，其中還使用一些高熔點金屬。
目前，在SiO2的淀積技術中，通常采用的方法很多，如常壓化學氣相生長法APCVD、減壓化學氣相生長法LPCVD、等離子體化學氣相生長法PECVD、光化學氣相生長法光-CVD、ECR等離子體化學氣相生長法ECRPECVD、渺射等等。在眾多的淀積方法中，因為生長溫度過高和膜的質量、均勻性等因素，人們經(jīng)常使用的是光-CVD和PECVD。
1.光-CVD淀積SiO2的機理和特點光CVD是光反應和化學反應相結合生成SiO2的方法，其設備如

圖1所示。該光化學氣相淀積裝置，由反應室、ArF激光產(chǎn)生室以及氣路三大部分組成。其中，氣路主要由各路反應氣體、質量流以及除害裝置等組成。光源氣體是氬(Ar)、氟(F2)、氦(He)，而SiO2反映氣體是硅烷(SiH4)、氧化亞氮(N2O)、N2等。
ArF激光的產(chǎn)生將Ar、F2、He通入ArF反應室中，通過加上高能形成ArF激光，再通過石英窗進入SiO2反應室中。SiO2反應室中，有氣體入口，基板加熱，抽氣口，排氣口，基板加熱到250℃后，將SiH4、N2O通入后，將ArF激光通入SiO2反應室中就可進行反應。
該光-CVD淀積SiO2對由于表面無損傷，膜的致密性好，折射率很高，所以是實驗室淀積SiO2的主流方法。但是存在以下不足(1)該方法不能大量生產(chǎn)；(2)由于光-CVD的設備本身很貴，加之所用氣體都是價格昂貴的高純F2、He、Ar、SiH4，因而成本非常高；(3)由于SiH4是極易自燃的氣體，一泄漏就要自燃，所以安全性差；(4)由于F2是腐蝕性很強的氣體，故對大氣有很強的污染作用；(5)由于生長溫度250℃，且膜厚只能間接估算，所以膜厚不能精確控制。
2.等離子體CVD淀積SiO2的機理和特點等離子體CVD的縮寫為PECVD，由于常壓化學氣相生長法APCVD、減壓化學氣相生長法LPCVD的淀積溫度都比較高，在III-V族半導體材料中使用較困難，為了能使化學反應在較低的溫度下進行，就利用了等離子體的活性來促進反應，因而，PECVD也稱為等離子體強化化學氣相淀積。這是一種高頻輝光放電物理過程和化學反應相結合的技術。為了產(chǎn)生等離子體，必須維持一定的氣體壓力。由于輝光放電等離子體中不僅有高密度的電子109-1012cm-3，而且電子氣溫度比普通氣體分子高出10-100倍。于是反應氣體雖然處于環(huán)境溫度狀態(tài)下，但卻能使進入容器中的反應氣體在輝光放電等離子體中受激、分解、離解和離化，大大提高了參與反應物的活性。這樣，具有高反應活性的中性物質很容易被吸附到較低溫度的基體表面上，發(fā)生非平衡的化學反應，沉積生成薄膜，沉積速率主要受高頻發(fā)生器功率的影響。
如圖2所示，PECVD裝置，也由三部分組成高頻發(fā)生器，氣體管路系統(tǒng)，反應室。氣路管道部分由氣體管路、質量流量計、抽真空系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等部分組成。而高頻發(fā)生器是加在反應室外部，反映室是SiO2淀積的場所，里面有加熱裝置，放基板，俗稱片子的基座，進氣口，抽氣口，在它的外部是高頻發(fā)生器。將基座溫度加熱到要求值，真空也抽到要求溫度后，通入反應氣體。將高頻發(fā)生器置于預定功率，反應就在一定速率下進行，選用相應時間，就可得到預想厚度。高頻發(fā)生器的使用頻率一般采用工業(yè)用13.56MH2高頻RF。
該PECVD由于生長膜比APCVD、LPCVD降低了基板溫度，速率快，成膜質量好，針孔少，不易龜裂，因而特別適用于金屬化后鈍化膜和多層布線介質膜。但是PECVD依然存在成本高的不足，一臺量產(chǎn)型的PECVD大約在100萬元以上，而且使用高純氣Ar、SiH4價格昂貴、耗量大；同時由于SiH4是自燃氣體，對安全造成很大的威脅，而且生長溫度高達300℃，不能直接控制生長速率，使膜厚達不到精確控制；此外由于等離子的轟擊會使沉積膜表面產(chǎn)生缺陷，等離子體中產(chǎn)生的多種反應物質會使反應復雜化，因此造成薄膜質量下降。
由于在半導體器件或集成電路制造過程中，需要應用多種金屬膜用作內部電極的歐姆接觸和集成電路元件之間的互連，以及場效應晶體管和MOS管的柵。而III-V族化合物材料中。往往需要采用二層以上的多層金屬的復合膜來進行制備，而且對膜的組分和膜厚的精度要求高，需要采用電子束EB蒸發(fā)和渺射的方法。而EB蒸發(fā)方法與渺射蒸發(fā)方法比較，現(xiàn)在大量采用的是EB蒸發(fā)。
3.EB蒸發(fā)制作金屬膜的工作原理及工藝電子束蒸發(fā)是利用被高壓加速并聚焦的電子束在真空中轟擊蒸發(fā)源的表面時，由于電子束的動能幾乎完全轉為熱能，而且高速運動的電子有巨大的動能，并且能量很集中，瞬間即可達到約為3000℃的高溫，足以使蒸發(fā)源熔化，并蒸發(fā)到基片，如硅片表面上形成薄膜，因為熔點很高，所以很多難熔金屬，如鎢(W)、鉭(Ta)、鉑(Pt)等都可以用EB蒸發(fā)的方法來形成金屬薄膜。
電子束EB蒸發(fā)裝置一般由電子束蒸發(fā)源、真空系統(tǒng)、反應室即鐘罩等組成。真空系統(tǒng)主要為鐘罩內提供一定的真空環(huán)境，真空越低。鐘罩內的氣體分子越多，電子束的能量就要受到衰減，影響金屬膜的質量，而且膜容易被氧化。另外，還有蒸發(fā)材料的坩堝以及用來控制蒸發(fā)量的快門，坩堝上面還有裝片子的載物臺等等。為了蒸發(fā)多層金屬膜，坩堝一般可設置3個、4個或5個，裝入不同的蒸發(fā)材料，蒸發(fā)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(chǎn)生的，所以電子束EB的質量是電子束蒸發(fā)臺好壞的關鍵所在，它簡單的工作原理如圖3所示。產(chǎn)生電子束的裝置稱電子槍，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。偏轉電子槍是利用具有一定速度的帶電粒子即電子，在均勻磁場中受力的作用作圓周運動這一原理設計而成。它由熱陰極、電子加速板和陽極即膜材料等組成。
電子束EB蒸發(fā)除了具有可蒸發(fā)高熔點的金屬特點以外，而且在蒸發(fā)時不需直接加熱坩堝，這樣就可以通水冷卻坩堝，因此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，是目前半導體產(chǎn)業(yè)中量産型金屬膜形成的主流方法。
使用上述PECVD沉積SiO2和使用電子束EB蒸發(fā)裝置沉積金屬膜一般有兩種必用的工藝第1種工藝是先生成SiO2再生成金屬膜，如圖4所示。其過程如下第一步，清洗片子；第二步，將清洗后的片子放入PECVD設備的反應室中進行SiO2的淀積；第三步，對淀積后的片子進行光刻；第四步，用HF基腐蝕液在排風良好的環(huán)境進行濕法化學腐蝕；第五步，對腐蝕后的SiO2，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，進行電子束蒸發(fā)金屬膜；第八步，用丙酮對金屬膜進行濕法化學剝離。
第2種工藝是先生成金屬膜再生成SiO2，如圖5所示。該過程也分為片子清洗、光刻、淀積金屬膜、剝離、清洗、淀積SiO2、光刻、SiO2腐蝕8個步驟，該8個步驟也要分別在電子束EB蒸發(fā)臺和PECVD設備兩種設備中完成。
上述普通淀積SiO2和金屬膜的方法由于需要的工步多，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-100多萬元/臺PECVD設備，同時由于化學腐蝕和PECVD淀積中存在有害氣體，而且，片子在加工過程中8次曝露于大氣，不僅對環(huán)境造成有害污染，而且對器件的電氣特性特別是表面器件的穩(wěn)定性和可靠性以及合格率將造成極大的影響；此外用PECVD設備淀積SiO2需用大量的很貴的高純氣體，如高純Ar，SiH4等，其中極易自然的不安全氣體SiH4對也會對環(huán)境會造成不良的影響，而且淀積的SiO2的均勻性，重復性不太好，淀積溫度要300℃、遠高過室溫，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)明的技術方案本發(fā)明的目的在于克服上述已有普通淀積SiO2和金屬膜方法的諸多問題，提供一種在III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的技術關鍵是用電子束EB蒸發(fā)實現(xiàn)SiO2膜的淀積；用EB蒸發(fā)臺實現(xiàn)SiO2和金屬膜的原位加工工藝。其技術方案是采用電子束EB真空蒸發(fā)，采用99.999％的高純SiO2顆粒作為蒸發(fā)源材料，在一種設備的蒸發(fā)臺內一次性先后完成對SiO2膜和金屬膜的蒸發(fā)，即片子不需要出蒸發(fā)臺，待兩種膜均蒸發(fā)完后再取出蒸發(fā)臺，以達到原位加工之目的，其具體過程如下(1)對III-V族化合物材料的基片進行清洗、烘干；(2)在清洗、烘干后的基片上光刻圖形；(3)將光刻過的片子裝入電子束EB蒸發(fā)臺的反應室中，并對反應室抽真空后，將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置；先進行SiO2膜的蒸發(fā)再進行金屬膜的蒸發(fā)，或者先進行金屬膜的蒸發(fā)，再進行SiO2膜的蒸發(fā)；(4)將淀積到片子上的二氧化硅/金屬進行光刻膠的剝離。
所述SiO2膜的蒸發(fā)按如下工藝條件進行
a.將反應室抽真空為2.4×10-3Pa以上；b、將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kv；c、在膜厚儀上，設定SiO2的密度D和系數(shù)Z分別為2.202g/cm3和1.07；d、用控制器給電子掄加10～20mA的電流，使SiO2熔化；e、以2-10A/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子掄電流減為0。
所述金屬膜的蒸發(fā)工藝條件如下a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有金屬膜材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓為10kv；c、在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設定其密度D為2.7～19.3、系數(shù)Z值為0.331～1.08；e、用控制器給電子掄按不同金屬材料加30～80mA的電流，使金屬熔化；d.以1.5-6A/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子掄電流減為0。
本發(fā)明的EB蒸發(fā)與現(xiàn)有的光-CVD、PECVD方法相比，具有如下效果(1)減少了影響膜質量的因素。由于本發(fā)明是用SiO2經(jīng)加熱后蒸發(fā)出來直接淀積到基板表面以形成絕緣膜，該絕緣膜仍是SiO2，而光-CVD、PECVD二者是在反應的過程中生成SiO2淀積到基板表面，所以膜的質量受影響的因素較多。
(2)提高了工效。由于本發(fā)明只需要4個工步，比普通淀積SiO2和金屬膜工藝少了4個工步，因此節(jié)省了一倍多時間，大大提高了工效。
(3)約了開支。由于本發(fā)明淀積SiO2和金屬膜工藝，只需一臺EB蒸發(fā)臺即可，而普通淀積SiO2和金屬膜工藝，除需一臺EB蒸發(fā)臺外，還需一臺幾十萬元-100多萬元/臺PECVD設備，而且用PECVD設備淀積SiO2需用大量的很貴的高純氣體，如高純Ar，SiH4等，因此，本發(fā)明方法比普通淀積方法極大的節(jié)約了開支。
(4)減少了對環(huán)境的污染。本發(fā)明由于少了4次污染，而且所用原料無易燃氣體，減少了對環(huán)境的污染。
(5)工藝簡單襯底溫度為室溫，且膜厚能精確控制，生成的SiO2質量良好，如表1所示
表1 本發(fā)明的SiO2和光-CVD、PECVD的SiO2的質量比較

附圖説明圖1為光化學氣象淀積原理2為立式管狀PECVD裝置原理3為電子束蒸發(fā)源示意4為普通SiO2→金屬膜的工藝流程5為普通金屬膜→SiO2的工藝流程6為本發(fā)明SiO2→金屬膜的工藝流程7為本發(fā)明金屬膜→SiO2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(chǎn)的VPC-1100電子束蒸發(fā)臺，它附有膜厚測試儀，帶有4個可移動位置的坩堝，即一次進片，可蒸發(fā)4種材料；SiO2蒸發(fā)源材料的選擇要求純度達99.999％，粒度1-3mm；金屬材料的選擇純度達99.99％-99.999％；坩堝套的選擇SiO2材料蒸發(fā)時，不能直接放入EB蒸發(fā)臺的坩堝內，而要先放入坩堝套內，然后將坩堝套放入EB的坩堝內再進行蒸發(fā)。SiO2的坩堝套最好選用鉭Ta材。也可用高純石墨坩堝套或高純無氧銅坩堝套。蒸金屬時，也最好使用坩堝套。鉑Pt材蒸發(fā)時最好用鎢W材做成的坩堝套。鉭Ta材蒸發(fā)時也最好用鎢W材做的坩堝套。別的金屬蒸發(fā)時，用高純無氧銅或高純石墨坩堝套即可。
參照圖6，本發(fā)明先SiO2后Ni/Aa原位蒸發(fā)的工藝過程如下1)首先對III-V族化合物材料的基片進行有機和化學清洗，用大量的高純水進行沖洗，然后用高純氮氣吹干片子；在120℃的烘箱中，烘片子30分鐘，或170℃的烘箱中，烘片子10分鐘；2)對烘干的基片子進行光刻，即片子上先涂布上一層光刻膠，完畢后在80℃-90℃的烘箱中，烘10分鐘，隨后用紫外線進行曝光，緊接著進行顯影，漂洗，再進行后烘5分鐘95℃，光刻出的圖形和要用光刻膠保護的部分就在片子上顯示出來；3)將光刻過的基片裝入坩堝，再將坩堝放如電子束EB蒸發(fā)臺的反應室中，即鐘罩中，襯底置室溫，并將坩堝置待加熱位置；4)將反應室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上；5)按下述工藝先進行SiO2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SiO2的密度D和系數(shù)Z，即D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到10mA～20mA；d、打開擋板開始蒸發(fā)，蒸發(fā)速率可達2-10A/sec，蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描，即在控制器上，不停的來回轉動控制束斑位置的旋鈕，因為SiO2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，待膜厚達到要求后關閉擋板，將電子掄電流減為0，該速率及膜厚均可在膜厚儀上直接顯示。
6)再先后進行金屬膜的蒸發(fā)其工藝條件為a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上b、電子掄高壓仍置10kv。
c、在膜厚儀上，設定所用金屬的密度D和系數(shù)Z值；d、用控制器按照不同金屬材料給電子掄加不同的電流，使金屬熔化；e、打開擋板在所施加電流的條件下，以確定的速率進行蒸發(fā)；同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，將電子掄電流減為0；f、待淀積到片子上的二氧化硅/金屬冷卻20分鐘后取出片子；7)對取出的片子進行剝離，即用丙酮和超聲波清洗對淀積到片子上的二氧化硅/金屬進行光刻膠的剝離。
參照圖7，本發(fā)明先金屬后二氧化硅原位蒸發(fā)的工藝過程與圖6的工藝條件相同，只是蒸發(fā)膜的先后不同，圖7的過程是先蒸發(fā)金屬膜，再蒸發(fā)SiO2。
以下給出三個實施例因清洗、光刻、剝離工藝相同，實施例中就不再說明。
實施例1III-V族化合物材料選用砷化鎵(GaAs)，金屬選用鎳和金，工藝過程為先蒸發(fā)二氧化硅，后蒸發(fā)金屬，即先SiO2后Ni/Au原位蒸發(fā)的過程為1)將光刻過的GaAs基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應室中；2)將反應室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)按如下工藝條件進行SiO2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SiO2的密度D和Z系數(shù)，即D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2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2/sec該速率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，即在控制器上，不停的來回轉動控制束斑位置的旋鈕，因為SiO2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，將電子掄電流減為0，冷卻2分鐘，開始蒸金屬；4)Ni/Au金屬膜的蒸發(fā)①先按如下工藝條件蒸Ni金屬a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa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、用控制器加電子掄電流，使Ni金屬熔化，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，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達1.5/sec；f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，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，使膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ni金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；②按如下工藝條件淀積Au膜a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa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/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，電流一般加到60mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達1.5/sec；f、蒸發(fā)時和金屬Ni一樣，對電子束的束斑要不停的進行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ni/Au冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
實施例2III-V族化合物材料選用磷化銦(InP)，金屬選用鎳和金，工藝過程為先蒸發(fā)金屬后蒸發(fā)二氧化硅，，即先Ni/Au后SiO2原位蒸發(fā)的過程為1)將光刻過的InP基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應室中；2)將反應室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)進行金屬膜的蒸發(fā)①先按如下工藝條件蒸發(fā)Ni金屬
a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預熱后，開高壓，電壓置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ni的D和Z值D8.85g/cm3Z0.331d、用控制器給電子掄加電流，使Ni金屬熔化，電流一般加到80mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達3.5/sec；f、蒸發(fā)時，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，使膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達到要求后(膜厚在膜厚儀上也直接顯示)，關掉擋板，將電子掄電流減為0；g、待淀積到片子上的Ni金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；②按如下工藝條件蒸發(fā)Au膜a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa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/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，電流一般加到70mAe、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；f、蒸發(fā)時和金屬Ni一樣，對電子束的束斑要不停的進行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0。
4)按如下工藝條件進行SiO2膜的蒸發(fā)a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、蒸發(fā)臺的電子掄電壓仍然置10kv；c、將膜厚儀開關置ON，設定好SiO2的密度D和Z系數(shù)D2.202g/cm3Z-系數(shù)1.07d、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到15mA；e、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上敘電流條件下，在膜厚儀可直接顯示蒸發(fā)速率可達6/sec
f、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描，即在控制器上，不停的來回轉動控制束斑位置的旋鈕，待膜厚儀上顯示的膜厚達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，g、待淀積到片子上的Ni/Au/SiO2冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
實施例3III-V族化合物材料選用氮化鎵(GaN)，金屬選用鈦、鋁、鈦、金，工藝過程為先蒸發(fā)二氧化硅后蒸發(fā)金屬，即先SiO2后Ti/Al/Ti/Au原位蒸發(fā)工藝為1)將光刻過的GaN基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應室中；2)將反應室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)進行SiO2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SiO2的密度D和Z系數(shù)，D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到20mA；d、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率達10/sec；e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進行掃描，即在控制器上，不停的來回轉動控制束斑位置的旋鈕，待膜厚儀上顯示的膜厚達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，冷卻2分鐘后，開始蒸發(fā)金屬；4)Ti/Al/Ti/Au金屬膜的蒸發(fā)第一步，蒸Ti膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ti的密度D和系數(shù)Z的值D4.50g/cm3Z0.628d、用控制器加電子掄電流，使Ti金屬熔化，電流一般加到30mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀直接顯示蒸發(fā)速率可達3.0/sec；
f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，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，使膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，、待膜厚達到要求后關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ti金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Al；第二步，蒸Al膜a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa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D2.7(g/cm3) Z-系數(shù)1.08d、用控制器加電子掄電流，使Al金屬熔化，電流一般加到40mA；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3.5/sec；f、蒸發(fā)時和金屬Ti一樣，對電子束的束斑要不停的進行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Al金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Ti；第三步，蒸Ti膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ti的D和Z值D4.50G/cm3Z0.628d、用控制器加電子掄電流，使Ti金屬熔化，電流一般加到30mA；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)時和SiO2一樣，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，使膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達到要求后，關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ti金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；第四步，蒸Au膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa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/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，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3.0/sec；f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，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，使膜的質量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達到要求后(膜厚在膜厚儀上也直接顯示)，關掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ti/Al/Ti/Au冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
權利要求
1.一種在III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法，采用電子束EB真空蒸發(fā)，用高純SiO2顆粒作蒸發(fā)源材料，在1個設備的蒸發(fā)臺內先后完成對SiO2膜和金屬膜的兩種膜蒸發(fā)，具體過程如下(1)對III-V族化合物材料的基片進行清洗、烘干；(2)在清洗、烘干后的基片上光刻圖形；(3)將光刻過的基片裝入電子束EB蒸發(fā)臺的反應室中，在室溫下分別按如下條件先進行SiO2膜的蒸發(fā)，再進行金屬膜的蒸發(fā)，或者先進行金屬膜的蒸發(fā)，再進行SiO2膜的蒸發(fā)；所述SiO2膜的蒸發(fā)工藝條件為a.將反應室抽真空在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kv；c、在膜厚儀上，設定SiO2的密度D和系數(shù)Z分別為2.202g/cm3和1.07；d、用控制器給電子掄加10～20mA的電流，使SiO2熔化；e、以2-10A/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子掄電流減為0；所述金屬膜的蒸發(fā)工藝條件為a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有金屬膜材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓為10kv；c、在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設定其密度D為2.7～19.3、系數(shù)Z值為0.331～1.08；e、用控制器給電子掄按不同金屬材料加30～80mA的電流，使金屬熔化；d.以1.5-6A/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子掄電流減為0；(4)將淀積到基片上的二氧化硅/金屬進行光刻膠的剝離。
2.根據(jù)權利要求1所述的原位淀積SiO2和金屬膜的方法，其中金屬膜采用Ni和Au的蒸發(fā)工藝過程為第一步，按如下工藝條件先蒸發(fā)Ni金屬a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有Ni材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kvc、在膜厚儀上，設定Ni的D和Z值分別為8.85g/cm3和0.331；d、用控制器給電子掄加70～80mA的電流，使Ni金屬熔化；e、以1.5-3.5/sec速率蒸發(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子掄電流減為0；第二步，按如下工藝條件再蒸發(fā)Au膜a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有Au材料的坩堝置待加熱位置，電子掄高壓置10kv；c、在膜厚儀上，設定Au的D和Z值分別為19.3g/cm3和0.381；d.用控制器給電子掄加60～70mA的電流，使Au金屬熔化；e、以1.5-3.5/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，直到膜厚達到要求后將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ni/Au冷卻后取出進行光刻膠的剝離。
3.根據(jù)權利要求1所述的原位淀積SiO2和金屬膜的方法，其中金屬膜采用Ti、Al、Ti、Au的蒸發(fā)工藝過程為第一步，按如下工藝條件蒸發(fā)Ti膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置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、用控制器給電子掄加30mA電流，使Ti金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電子掄電流減為0。第二步，按如下工藝條件蒸發(fā)Al膜a、反應室內真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Al的D和Z值分別為2.7g/cm3和1.08；d、用控制器給電子掄加40mA電流，使Al金屬熔化；e、以3.5/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電子掄電流減為0。第三步，按如下工藝條件蒸發(fā)Ti膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ti的D和Z值分別為4.50g/cm3和0.628；d、用控制器給電子掄加30mA，使Ti金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電子掄電流減為0。第四步，按如下工藝條件蒸發(fā)Au膜a、反應室內真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設定Ti的D和Z值分別為19.3g/cm3和0.381；d、用控制器給電子掄加70mA，使Au金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進行掃描，直到膜厚達到要求后將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ti/Al/Ti/Au冷卻后取出進行光刻膠的剝離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在III－V族化合物材料上原位淀積SiO
文檔編號H01L21/02GK1713360SQ20051004267
公開日2005年12月28日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權日2005年5月17日
發(fā)明者郝躍, 謝永桂, 馮倩, 張進城, 李亞琴, 王沖 申請人:西安電子科技大學