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異質結雙極晶體管t型發(fā)射極金屬圖形制作方法的改進的制作方法

文檔序號:6869612閱讀:244來源:國知局
專利名稱:異質結雙極晶體管t型發(fā)射極金屬圖形制作方法的改進的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及半導體器件及集成電路制造工藝中化合物半導體異質結雙極晶體管的發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法。
背景技術
用砷化鎵(GaAs)或磷化銦(InP)半導體材料制作的異質結雙極晶體管(以下簡稱HBT)廣泛應用于移動、光纖通訊等高頻、低功耗等領域中。特別是這類器件中的T型發(fā)射極金屬自對準的HBT,因為具有可縮小其發(fā)射區(qū)和基區(qū)的面積、降低基區(qū)電阻的特點,因而可提高HBT的頻率特性。制作這類器件的技術關鍵之一是其發(fā)射極特別是T型發(fā)射極金屬圖形的制作方法?,F(xiàn)有技術制作HBT的T型發(fā)射極金屬圖形的方法主要有常規(guī)套刻法、濕法側向腐蝕法、等離子體刻蝕雙層金屬法等方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種改進的化合物半導體異質結雙極晶體管的發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法。制作HBT的T型發(fā)射極金屬圖形使發(fā)射極與基極得以自對準,其發(fā)射區(qū)和基區(qū)面積大為縮小,降低基區(qū)串聯(lián)電阻提高工作頻率,并且本發(fā)明方法圖形尺寸更容易控制,工藝的一致性和重復性更好。
一種化合物半導體異質結雙極晶體管發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法,采用包括等離子體輔助化學氣相沉積、光刻機、刻蝕機、金屬蒸發(fā)設備和浸泡剝離設備,其特點是先在化合物半導體外延片的表面淀積SiO2/Si3N4兩層介質層,再在其上涂負性光刻膠;然后在負性光刻膠上光刻出發(fā)射極窗口圖形,再用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕設備將發(fā)射極窗口圖形處的介質層刻蝕掉,然后用等離子體刻蝕將負性光刻膠窗口適當擴大,繼而通過蒸發(fā)制備發(fā)射極所需金屬,再經(jīng)浸泡剝離,從而獲得T型發(fā)射極金屬圖形。
本發(fā)明方法中主要關鍵工藝步驟如下第1步淀積在HBT外延片表面淀積一層氮化硅介質層(Si3N4),再在其上淀積一層二氧化硅介質層(SiO2),介質層的厚度須視發(fā)射極所需金屬層厚度而定;兩層介質層作為犧牲層;第2步光刻(1)涂膠,在SiO2/Si3N4介質層表面涂負性光刻膠如AZ5214形成光刻膠層,其厚度及濃度則須視發(fā)射極圖形尺寸而定;(2)光刻曝光采用具有G、H、I線光源的接觸式曝光機或投影光刻機,用與所需發(fā)射極窗口相同圖形的掩膜進行光刻曝光;(3)圖形反轉處理;(4)泛曝光無掩膜泛曝光處理;(5)顯影采用與負性光刻膠配套的顯影液顯影,生成所需發(fā)射極窗口圖形;第3步圖形轉移在反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕機中進行,先采用CHF3氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的SiO2介質層,將發(fā)射極窗口的圖形轉移到Si3N4介質層上,最后采用CF4氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的Si3N4介質層,將發(fā)射極窗口的圖形再轉移到發(fā)射極帽層表面,這里采用CF4氣體是為了保證刻蝕Si3N4介質層后所得窗口線條陡直性;第4步擴大窗口在反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕機中進行,通入氧氣,氣壓約1Pa,功率密度為0.1-0.2/cm2,將發(fā)射極窗口擴大;第5步蒸發(fā)-浸泡及剝離-除去發(fā)射極金屬周圍介質-腐蝕發(fā)射區(qū)帽層和發(fā)射區(qū)-蒸發(fā)基區(qū)金屬(1)采用蒸發(fā)設備蒸發(fā)發(fā)射極金屬;(2)將已蒸發(fā)發(fā)射極金屬的外延片浸泡入丙酮中若干時間,剝離后獲得T型發(fā)射極金屬圖形;(3)利用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕技術,先仍采用CHF3氣體,將發(fā)射極金屬周圍的SiO2介質層刻蝕干凈,最后不采用CF4氣體而改采用SF6氣體,將SiO2介質層下面的Si3N4介質層刻蝕干凈直至露出發(fā)射極帽層表面,這樣做是利用了SF6氣體對于Si3N4介質層有很明顯的側向鉆蝕效應,為BE結自對準的實現(xiàn)打下了更好的基礎;(4)腐蝕發(fā)射區(qū)帽層和發(fā)射區(qū)以T型發(fā)射極金屬為掩模,腐蝕出發(fā)射極臺面;(5)蒸發(fā)基區(qū)金屬露出基區(qū)后采用蒸發(fā)設備蒸發(fā)基區(qū)金屬,形成發(fā)射極與基極金屬自對準結構。
所述的化合物半導體異質結雙極晶體管的發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法,其特征是(1)在淀積工序中,淀積SiO2/Si3N4上下兩層介質層而不是“一層光刻膠+一層介質”或者“雙層光刻膠”、且SiO2、Si3N4介質層的厚度均為60nm;(2)在圖形轉移工藝中,采用CF4氣體刻蝕Si3N4介質層將發(fā)射極窗口的圖形再轉移到發(fā)射極帽層表面,以保證刻蝕所得窗口線條陡直性;(3)在除去發(fā)射極金屬周圍介質工藝中,不采用CF4氣體而改采用SF6氣體刻蝕Si3N4介質層,這是利用SF6氣體對于Si3N4介質層有很明顯的側向鉆蝕效應。
在本發(fā)明技術方案的制作方法中,在其第1步的淀積工序中,SiO2、Si3N4介質層的厚度均為60nm;在其第2步的光刻工序中,所涂負性光刻膠層AZ5214的厚度為1.0μm,涂膠后的烘烤溫度為95℃,時間約為90秒;當進行圖形反轉處理時,曝光后的烘烤溫度為115-120℃,時間約為90秒。
用本發(fā)明方法的技術方案按步驟制出發(fā)射極金屬圖形后,再經(jīng)其它相關工序,就可以制成T型發(fā)射極/基極自對準的HBT器件。如圖1所示,在完成了HBT發(fā)射極合金金屬的蒸發(fā)-浸泡-剝離之后,利用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕技術除去發(fā)射極金屬周圍介質,再進行自對準發(fā)射極臺面腐蝕,使其露出基區(qū)外延層,然后蒸發(fā)基區(qū)金屬。由于有T型發(fā)射極金屬存在,在發(fā)射極周邊,基區(qū)金屬與T型發(fā)射極上的基區(qū)金屬自動分離,達到了HBT器件T型發(fā)射極/基極自對準的目的。
本發(fā)明方法有如下顯著的優(yōu)點(1)用于HBT器件制作,形成的T型發(fā)射極可以實現(xiàn)發(fā)射極基極金屬圖形自對準,從而縮小發(fā)射極結和基區(qū)結面積,減小兩結的電容和串聯(lián)電阻,最終提高晶體管的頻率特性。
(2)本發(fā)明方法圖形尺寸更容易控制,工藝的一致性和重復性更好。
本發(fā)明不受化合物半導體外延片表面的晶向對自對準技術要求的限制,適用于多種金屬實現(xiàn)發(fā)射極/基極金屬圖形自對準,使發(fā)射區(qū)和基區(qū)面積大為縮小,器件頻率特性提高,本發(fā)明方法圖形尺寸更容易控制,工藝的一致性和重復性更好。


圖1a-f為本發(fā)明方法技術方案制作T型發(fā)射極金屬圖形幾個主要步驟的示意圖。
圖2是本發(fā)明的方法制出的T型發(fā)射極金屬圖形剖面的掃描電子顯微鏡照片。
具體實施例方式
以下詳細說明本發(fā)明方法的實施例。
圖1,包括圖1-a至圖1-f為本發(fā)明方法技術方案制作T型發(fā)射極金屬圖形幾個主要步驟的示意圖,其中圖1-a為淀積介質及涂膠,圖1-b為光刻發(fā)射極金屬圖形,圖1-c為刻蝕介質,圖1-d為擴大發(fā)射極圖形窗口,圖1-e為蒸發(fā)發(fā)射極金屬,圖1-f為剝離并刻蝕介質后的剖面示意圖。
實施例.用化合物半導體材料GaAs或InP制造HBT型發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法。按以下步驟/工序進行(1)淀積在半導體材料GaAs或InP外延片表面淀積SiO2/Si3N4介質層作為犧牲層,其總厚度為1200左右。
(2)涂膠在介質層表面涂負性光刻膠AZ5214,厚度約為1.0μm,在溫度90℃下烘烤90秒,形成光刻膠層。
(3)光刻曝光在具有G、H、I線光源的接觸式曝光機或投影光刻機上進行,用陽版掩模進行曝光。
(4)圖形反轉處理光刻膠層AZ5214,在120℃熱板上烘烤約90秒。
(5)泛曝光在紫外光下進行無掩模曝光,曝光時間以能顯影干凈窗口中的光刻膠為準。
(6)顯影采用與負性光刻膠配套的顯影液顯影,生成所需發(fā)射極窗口圖形。
(7)等離子體刻蝕—圖形轉移在反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕機中進行,先采用CHF3氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的SiO2介質層,將發(fā)射極窗口的圖形轉移到Si3N4介質層上,最后采用CF4氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的Si3N4介質層,將發(fā)射極窗口的圖形再轉移到發(fā)射極帽層表面。
(8)氧等離子體刻蝕—擴大窗口在等離子刻蝕機中進行,通入氧氣,氣壓約1Pa,功率密度為0.1-0.2W/cm2,時間4分鐘,將發(fā)射極窗口擴大,獲得窗口圖形。
(9)蒸發(fā)發(fā)射極金屬在蒸發(fā)設備上進行。
(10)剝離將蒸發(fā)后的外延片浸泡入丙酮中若干時間,然后施加輕微超聲處理即可完成剝離,獲得所需發(fā)射極金屬圖形。
(11)除去發(fā)射極金屬周圍介質利用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕技術,先仍采用CHF3氣體,將發(fā)射極金屬周圍的SiO2介質層刻蝕干凈,最后不采用CF4氣體而改采用SF6氣體,將SiO2介質層下面的Si3N4介質層刻蝕干凈直至露出發(fā)射極帽層表面,這樣做是利用了SF6氣體對于Si3N4介質層有很明顯的側向鉆蝕效應,為BE結自對準的實現(xiàn)打下了更好的基礎。
(12)腐蝕發(fā)射區(qū)帽層和發(fā)射區(qū)以T型發(fā)射極金屬為掩模,腐蝕出發(fā)射極臺面。
(13)蒸發(fā)基區(qū)金屬露出基區(qū)后采用蒸發(fā)設備垂直蒸發(fā)基區(qū)金屬,形成發(fā)射極與基極金屬自對準結構。
圖2是本發(fā)明的方法制出的T型發(fā)射極金屬圖形剖面的掃描電子顯微鏡照片。
權利要求
1.一種化合物半導體異質結雙極晶體管發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法,采用包括等離子體輔助化學氣相沉積、光刻機、刻蝕機、金屬蒸發(fā)設備和浸泡剝離設備,其特點是先在化合物半導體外延片的表面淀積SiO2/Si3N4兩層介質層,再在其上涂負性光刻膠;然后在負性光刻膠上光刻出發(fā)射極窗口圖形,再用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕設備將發(fā)射極窗口圖形處的介質層刻蝕掉,然后用等離子體刻蝕將負性光刻膠窗口適當擴大,繼而通過蒸發(fā)制備發(fā)射極所需金屬,再經(jīng)浸泡剝離,從而獲得T型發(fā)射極金屬圖形。
2.按照權利要求1所述的化合物半導體異質結雙極晶體管發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法,其特征是,先在化合物半導體外延片的表面淀積SiO2/Si3N4兩層介質層,然后在其上涂負性光刻膠,該方法包括如下主要步驟第1步淀積在HBT外延片表面淀積SiO2/Si3N4兩層介質層作為犧牲層;第2步光刻(1)涂膠在SiO2/Si3N4介質層表面涂負性光刻膠如AZ5214;(2)光刻曝光采用具有G、H、I線光源的接觸式曝光機或投影光刻機,用掩模按所需發(fā)射極窗口圖形進行光刻曝光;(3)圖形反轉處理負性光刻膠只要在約120℃熱板上烘烤約90秒即可;(4)泛曝光進行無掩模泛曝光處理;(5)顯影采用與負性光刻膠配套的顯影液顯影,生成所需發(fā)射極窗口圖形;第3步圖形轉移在反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕機中進行,先采用CHF3氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的SiO2介質層,將發(fā)射極窗口的圖形轉移到Si3N4介質層上,最后采用CF4氣體刻蝕干凈發(fā)射極窗口圖形處裸露的Si3N4介質層,將發(fā)射極窗口的圖形再轉移到發(fā)射極帽層表面,這里采用CF4氣體是為了保證刻蝕所得窗口線條陡直性;第4步擴大窗口采用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕設備,通入氧氣,氣壓約1Pa,功率密度為0.1-0.2/cm2,將發(fā)射極窗口擴大;第5步蒸發(fā)-浸泡及剝離-除去發(fā)射極金屬周圍介質-腐蝕發(fā)射區(qū)帽層和發(fā)射區(qū)-蒸發(fā)基區(qū)金屬(1)采用蒸發(fā)設備蒸發(fā)發(fā)射極金屬;(2)將已蒸發(fā)發(fā)射極金屬的外延片浸泡入丙酮中若干時間,剝離后獲得T型發(fā)射極金屬圖形;(3)利用反應離子刻蝕或感應耦合等離子體刻蝕技術,先仍采用CHF3氣體,將發(fā)射極金屬周圍的SiO2介質層刻蝕干凈,最后不采用CF4氣體而改采用SF6氣體,將SiO2介質層下面的Si3N4介質層刻蝕干凈直至露出發(fā)射極帽層表面,這樣做是利用了SF6氣體對于Si3N4介質層有很明顯的側向鉆蝕效應,為BE結自對準的實現(xiàn)打下了更好的基礎;(4)腐蝕發(fā)射區(qū)帽層和發(fā)射區(qū)以T型發(fā)射極金屬為掩模,腐蝕出發(fā)射極臺面;(5)蒸發(fā)基區(qū)金屬露出基區(qū)后采用蒸發(fā)設備蒸發(fā)基區(qū)金屬,形成發(fā)射極與基極金屬自對準結構。
3.按照權利要求2所述的化合物半導體異質結雙極晶體管的發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法,其特征是(1)在淀積工序中,淀積SiO2/Si3N4上下兩層介質層而不是“一層光刻膠+一層介質”或者“雙層光刻膠”、且SiO2、Si3N4介質層的厚度均為60nm;(2)在圖形轉移工藝中,采用CF4氣體刻蝕Si3N4介質層將發(fā)射極窗口的圖形再轉移到發(fā)射極帽層表面,以保證刻蝕所得窗口線條陡直性;(3)在除去發(fā)射極金屬周圍介質工藝中,不采用CF4氣體而改采用SF6氣體刻蝕Si3N4介質層,這是利用SF6氣體對于Si3N4介質層有很明顯的側向鉆蝕效應。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導體器件及集成電路制造工藝中化合物半導體異質結雙極晶體管的發(fā)射極/基極金屬圖形自對準的制作方法。采用包括等離子體輔助化學氣相沉積、光刻機、刻蝕機、金屬蒸發(fā)設備和浸泡剝離設備,其特點是先在化合物半導體外延片的表面淀積SiO
文檔編號H01L21/283GK101017781SQ20061000306
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月8日 優(yōu)先權日2006年2月8日
發(fā)明者蘇樹兵, 劉訓春, 于進勇, 劉新宇, 王潤梅, 鄭英奎, 魏珂, 汪寧 申請人:中國科學院微電子研究所
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