專利名稱：利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率器件的制備方法，尤其涉及一種利用復(fù)合掩模版制備微波功
率器件的方法。
背景技術(shù)：
近年來，硅微波功率器件工作頻率已經(jīng)達(dá)到S波段，輸出功率達(dá)到了上百瓦，已經(jīng) 接近硅基微波功率器件的頻率極限，在這樣的器件芯片設(shè)計時需要幾百條高密度、高分辨 率和高長寬比的亞微米尺度的圖形加工來實現(xiàn)器件的工作頻率和高的輸出功率，這就對傳 統(tǒng)的硅微波功率器件的工藝加工提出了挑戰(zhàn)。首先，傳統(tǒng)的硅平面加工工藝技術(shù)會造成芯 片場區(qū)和有源區(qū)不在同一個平面上，芯片場區(qū)就會比基區(qū)高O. 6iim 1.0iim的Si02臺階， 并且隨著工藝的加工，后續(xù)工藝中這個臺階會繼續(xù)加大，這不利于亞微米圖形的光刻工藝， 難以實現(xiàn)1. 0 i！ m以下的圖形光刻。另外，傳統(tǒng)的雙極平面晶體管工藝的發(fā)射區(qū)和基極歐姆 接觸區(qū)是兩次光刻形成的，這必然會造成這兩次光刻套準(zhǔn)偏差，使得發(fā)射區(qū)和基極歐姆接 觸區(qū)的間距不相等，從而造成微波器件阻值的變化，使得微波功率器件的微波性能惡化。以 高精度的投影曝光機來說，在理想的平面基片上兩次曝光的套準(zhǔn)偏差也在0. 1 i！ m以上，況 且器件芯片在加工時隨著工序的進(jìn)行，基片也會有不同程度的形變，因此，就是采用高精度 投影曝光機也不會使傳統(tǒng)的雙極平面晶體管的發(fā)射極和基極達(dá)到零套準(zhǔn)偏差，影響芯片基 區(qū)電阻的一致性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在傳統(tǒng)工藝中制備發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)時由于 兩次光刻造成的套準(zhǔn)偏差，使得發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)的間距不等距，從而使微波功率 器件的微波性能惡化的問題。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種利用復(fù)合掩模版制備微 波功率器件的方法，包括在硅片上淀積氧化硅保護(hù)層和氮化硅，經(jīng)光刻、刻蝕、離子注入加 工分別形成發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)，再經(jīng)沉積金屬層制備金屬引出電極形成發(fā)射極與基 極；本方法中利用復(fù)合掩模版一次完成光刻、并刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗 口 ；選擇性借助涂覆光刻膠覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口或發(fā)射區(qū)窗口 ，在未涂覆光刻膠窗口 繼光刻之后繼續(xù)刻蝕、離子注入形成發(fā)射區(qū)或基極歐姆接觸區(qū)；再次借助涂覆的光刻膠覆 蓋上述離子注入后形成的發(fā)射區(qū)或基極歐姆接觸區(qū)，在上述光刻膠覆蓋的窗口處繼光刻之 后刻蝕、離子注入形成基極歐姆接觸區(qū)或發(fā)射區(qū)。 采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于本發(fā)明采用同一塊復(fù)合掩模版進(jìn)行光 刻、刻蝕，形成發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)的摻雜窗口 ，使得發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)的間距 相等，消除了傳統(tǒng)工藝中兩次光刻造成的間距不等問題，從而達(dá)到提高微波功率器件的微 波性能目的。此外，本發(fā)明中采用選擇性氧化技術(shù)和表面平坦化技術(shù)實現(xiàn)芯片場區(qū)和有源 區(qū)處于同一焦平面，從而使得亞微米、深亞微米圖形光刻工藝得以實現(xiàn)。


圖1 圖15是本發(fā)明的工藝步驟流程圖；
圖1 :沉積氧化硅、氮化硅；
圖2 :光刻、刻蝕場區(qū)； 圖3 :場區(qū)氧化，產(chǎn)生不平坦表面結(jié)構(gòu)的示意圖；
圖4:涂覆光刻膠； 圖5 :場區(qū)、有源區(qū)表面平坦化，消除不平坦結(jié)構(gòu)；
圖6:離子注入制備基區(qū)； 圖7、圖8 :利用復(fù)合掩模版一次光刻、刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗 □; 圖9:光刻、刻蝕發(fā)射區(qū)； 圖10 :離子注入制備出發(fā)射區(qū)； 圖11 :光刻、刻蝕基極歐姆接觸區(qū)； 圖12 :離子注入制備出基極歐姆接觸區(qū)； 圖13:淀積氧化硅； 圖14 :刻蝕氧化硅形成側(cè)墻保護(hù)； 圖15 :濺射金屬制備發(fā)射極和基極； 圖中l(wèi)-硅片，2-氧化硅，3-氮化硅，4、5、7、ll-光刻膠，6-復(fù)合掩模版，8-光刻 掩模版1，9-基區(qū)，10-發(fā)射區(qū)，12-光刻掩模版II， 13-基極歐姆接觸區(qū)，14-發(fā)射極，15-基極。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。 本發(fā)明提供的一種利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，包括在硅片1上 淀積氧化硅2保護(hù)層和氮化硅3，經(jīng)光刻、刻蝕、離子注入加工分別形成發(fā)射區(qū)10和基極歐 姆接觸區(qū)13，再經(jīng)沉積金屬層制備金屬引出電極形成發(fā)射極14與基極15 ;本方法中利用復(fù) 合掩模版6—次完成光刻、并刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗口 ；選擇性借助涂 覆光刻膠7覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口或發(fā)射區(qū)窗口 ，在未涂覆光刻膠窗口繼光刻之后繼續(xù) 刻蝕、離子注入形成發(fā)射區(qū)10或基極歐姆接觸區(qū)13 ;再次借助涂覆的光刻膠11覆蓋上述 離子注入后形成的發(fā)射區(qū)10或基極歐姆接觸區(qū)13，在上述光刻膠7覆蓋的窗口處繼光刻之 后刻蝕、離子注入形成基極歐姆接觸區(qū)13或發(fā)射區(qū)10。 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，在進(jìn)行上述選擇性借助涂覆光刻 膠7覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口或發(fā)射區(qū)窗口操作時，首先覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口 ，具體 步驟包括 ①在基極歐姆接觸區(qū)窗口與發(fā)射區(qū)窗口處刻蝕氮化硅3，保留氧化硅2 ;
②涂覆光刻膠7，通過光刻掩模版I 8制備出發(fā)射區(qū)窗口圖形或用基極歐姆接觸 區(qū)窗口圖形，基極歐姆接觸區(qū)13或發(fā)射區(qū)10用光刻膠7覆蓋，以氮化硅3為掩模版腐蝕發(fā) 射區(qū)10氧化硅2 ;
③發(fā)射區(qū)10離子注入，并去除光刻膠7 ; 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，光刻掩模版I 8上的發(fā)射區(qū)圖形的寬度大于硅片1上發(fā)射區(qū)10寬度。 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，再次借助涂覆的光刻膠11覆蓋上述離子注入后形成的發(fā)射區(qū)IO或基極歐姆接觸區(qū)13時，選擇覆蓋發(fā)射區(qū)IO，具體步驟包括 ①刻蝕基極歐姆接觸區(qū)13 :涂覆光刻膠ll，通過光刻掩模版II 12制備出基極歐姆接觸區(qū)窗口圖形，用光刻膠11覆蓋發(fā)射區(qū)10，以氮化硅3為掩模版腐蝕基極歐姆接觸區(qū)13氧化硅2 ; ②基極歐姆接觸區(qū)13離子注入，并去除光刻膠11。 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于光刻掩模版1112上的基極歐姆接觸區(qū)圖形的寬度大于硅片上基極歐姆接觸區(qū)13寬度。 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，所述在淀積氧化硅2保護(hù)層和氮化硅3后采用選擇性氧化技術(shù)和表面平坦化技術(shù)使場區(qū)和有源區(qū)處于同一平面，實現(xiàn)等平面結(jié)構(gòu)，其具體步驟包括 ①涂敷光刻膠，采用場區(qū)光刻掩模版進(jìn)行曝光，去除場區(qū)光刻膠；
②刻蝕場區(qū)的氮化硅3、氧化硅2及硅片1，并去除光刻膠； ③采用RCA技術(shù)對硅片進(jìn)行清洗后，采用高壓水汽氧化法對場區(qū)進(jìn)行選擇性氧化； ④旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠，使有源區(qū)邊界平坦化； ⑤刻蝕光刻膠和氧化硅2 :采用等離子體刻蝕方法，通過調(diào)整刻蝕液配比使光刻膠和氧化硅2的刻蝕速率比為1 : 1，對光刻膠和氧化硅2進(jìn)行刻蝕，刻蝕至光刻膠基本消除，最終形成平坦化表面。 上述利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，所述在完成離子注入后淀積氧化硅，利用各向異性刻蝕形成發(fā)射區(qū)10和基極歐姆接觸區(qū)13側(cè)墻。 下面以工作頻率在S波段，輸出功率在45W以上的硅微波功率器件芯片加工過程為例，來說明本發(fā)明的具體實施方式
。本器件芯片設(shè)計為梳狀發(fā)射極結(jié)構(gòu)，圖形寬度的尺寸為0. 6 ii m，圖形陣列周期為3 ii m?？紤]到光刻及刻蝕工藝加工容差，因此，在設(shè)計發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)復(fù)合掩模版6時設(shè)計圖形尺寸為0. 5 ii m ;發(fā)射區(qū)光刻掩模版I 8圖形尺寸設(shè)計為1. 6 ii m ;基極歐姆接觸區(qū)光刻掩模版II 12圖形尺寸也設(shè)計為1. 6 ii m。
(1)硅片l準(zhǔn)備采用硅外延片作為襯底材料，N型，〈111〉晶向，電阻率0.003 0. 005 Q cm ;外延層厚度5 ii m 7 ii m，摻雜As+，摻雜濃度5 X 1015 7 X 1015cm—3 ;拋光后采用RCA方法清洗硅片。 (2)80(TC下干氧氧化50nm士5nm厚的氧化硅2。 (3)用低壓化學(xué)氣相沉積法(LPCVD)在氧化硅上沉積100± 10nm厚的氮化硅3。參見圖1。 (4)場區(qū)光刻及刻蝕在硅片1上方的氮化硅3上涂敷約1. 0 ii m光刻膠，用芯片場區(qū)光刻掩模版曝光，保留有源區(qū)光刻膠，然后采用反應(yīng)離子腐蝕RIE刻蝕氮化硅和氧化硅，刻蝕干凈氧化硅后繼續(xù)采用RIE刻蝕硅片，直至硅片刻蝕深度為1. lym時停止，然后去除光刻膠。參見圖2。 (5)場區(qū)氧化采用RCA技術(shù)對硅片1進(jìn)行清洗，然后在溫度95(TC、壓力150psi下，采用高壓水汽氧化方法進(jìn)行氧化，氧化硅2厚度約為2. Oym。氧化后由于"鳥頭"效應(yīng)影響，使結(jié)構(gòu)兩端出現(xiàn)凸起。參見圖3。 (6)表面平坦化涂敷約1. 2 ii m的AZ6100系列光刻膠4，然后采用HDP刻蝕設(shè)
備，采用等離子體刻蝕方法，通過調(diào)整刻蝕液配比使光刻膠4和氧化硅2的刻蝕速率比為
1 : 1，對光刻膠4和氧化硅2進(jìn)行刻蝕，刻蝕至光刻膠4基本消除，消除"鳥頭"狀凸起，最
終形成平坦化表面。參見圖4和圖5?？蓞⒖嫉腍DP刻蝕配方如下 工作壓力10mTorr 溫度30。C 氦氣壓力50Torr (V流量2sccm CHF3流量50sccm Ar流量20sccm 射頻功率200Watts 超高頻功率1000Watts (7)基區(qū)9制備光刻、刻蝕形成基區(qū)注入窗口，然后離子注入B+，去除光刻膠后退火形成基區(qū)9。參見圖6。 (8)發(fā)射區(qū)10和基極歐姆接觸區(qū)13光刻在氮化硅3上涂敷約1. 0 ii m厚的光刻膠5，用配套的芯片發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)復(fù)合掩模版6曝光，在光刻膠5上得到發(fā)射區(qū)窗口圖形和基極歐姆接觸區(qū)窗口圖形，并去除發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗口處的光刻膠5。參見圖7。 (9)采用RIE刻蝕掉發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗口處的氮化硅3，保留氧化硅2，并去除光刻膠5。參見圖8。 (10)發(fā)射區(qū)10刻蝕在硅片1上涂敷約1. 0iim厚的光刻膠7，用發(fā)射區(qū)光刻掩模版I 8曝光，用緩沖氫氟酸(BOE)腐蝕液腐蝕掉發(fā)射區(qū)窗口剩余的氧化硅1。參見圖9。
(11)發(fā)射區(qū)10離子注入離子注入As+形成發(fā)射區(qū)10。參見與10。
(12)基極歐姆接觸區(qū)13刻蝕在硅片1上涂敷約l.Oym光刻膠ll，用基極歐姆接觸區(qū)光刻掩模版II 12曝光，用BOE腐蝕液腐蝕掉基區(qū)歐姆接觸區(qū)窗口剩余的氧化硅2。參見圖11。 (13)基極歐姆接觸區(qū)13離子注入離子注入B+，去除光刻膠后進(jìn)行退火處理(96(TC，N2氣氛，7 15min)，激活發(fā)射區(qū)10注入的As+和基極歐姆接觸區(qū)13注入的B+，形成發(fā)射區(qū)10和基極歐姆接觸區(qū)13。參見圖12。 (14)采用RCA技術(shù)對硅片進(jìn)行清洗，采用低壓花化學(xué)氣相沉積法淀積約300nm厚的氧化硅2，然后采用RIE各項異性刻蝕，進(jìn)行氧化硅2大面積刻蝕，刻蝕至基極歐姆接觸區(qū)13、發(fā)射區(qū)10摻雜界面，這樣就在陡直的基區(qū)歐姆接觸區(qū)13、發(fā)射區(qū)10介質(zhì)側(cè)壁形成了氧化硅側(cè)墻，實現(xiàn)了基極接觸區(qū)和發(fā)射極接觸區(qū)的側(cè)墻保護(hù)。參見圖13和圖14。
(15)濺射金屬層，制備金屬引出電極，形成發(fā)射極14與基極15。參見圖15。
權(quán)利要求
一種利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，包括在硅片(1)上淀積氧化硅(2)保護(hù)層和氮化硅(3)，經(jīng)光刻、刻蝕、離子注入加工分別形成發(fā)射區(qū)(10)和基極歐姆接觸區(qū)(13)，再經(jīng)沉積金屬層制備金屬引出電極形成發(fā)射極(14)與基極(15)；其特征在于本方法中利用復(fù)合掩模版(6)一次完成光刻、并刻蝕形成發(fā)射區(qū)窗口和基極歐姆接觸區(qū)窗口；選擇性借助涂覆光刻膠(7)覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口或發(fā)射區(qū)窗口，在未涂覆光刻膠窗口繼光刻之后繼續(xù)刻蝕、離子注入形成發(fā)射區(qū)(10)或基極歐姆接觸區(qū)(13)；再次借助涂覆的光刻膠(11)覆蓋上述離子注入后形成的發(fā)射區(qū)(10)或基極歐姆接觸區(qū)(13)，在上述光刻膠(7)覆蓋的窗口處繼光刻之后刻蝕、離子注入形成基極歐姆接觸區(qū)(13)或發(fā)射區(qū)(10)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于在進(jìn) 行上述選擇性借助涂覆光刻膠(7)覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口或發(fā)射區(qū)窗口操作時，首先覆蓋基極歐姆接觸區(qū)窗口，具體步驟包括① 在基極歐姆接觸區(qū)窗口與發(fā)射區(qū)窗口處刻蝕氮化硅(3)，保留氧化硅(2);② 涂覆光刻膠(7)，通過光刻掩模版I(8)制備出發(fā)射區(qū)窗口圖形或用基極歐姆接觸區(qū) 窗口圖形，基極歐姆接觸區(qū)(13)或發(fā)射區(qū)(10)用光刻膠(7)覆蓋，以氮化硅(3)為掩模版 腐蝕發(fā)射區(qū)(10)氧化硅(2);③ 發(fā)射區(qū)(10)離子注入，并去除光刻膠(7)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于光刻 掩模版I(8)上的發(fā)射區(qū)圖形的寬度大于硅片(1)上發(fā)射區(qū)(10)寬度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于再次 借助涂覆的光刻膠(11)覆蓋上述離子注入后形成的發(fā)射區(qū)(10)或基極歐姆接觸區(qū)(13) 時，選擇覆蓋發(fā)射區(qū)(IO)，具體步驟包括① 刻蝕基極歐姆接觸區(qū)(13):涂覆光刻膠(11)，通過光刻掩模版I1(12)制備出基極歐 姆接觸區(qū)窗口圖形，用光刻膠(11)覆蓋發(fā)射區(qū)(IO)，以氮化硅(3)為掩模版腐蝕基極歐姆 接觸區(qū)(13)氧化硅(2);② 基極歐姆接觸區(qū)(13)離子注入，并去除光刻膠(11)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于光刻 掩模版I1(12)上的基極歐姆接觸區(qū)圖形的寬度大于硅片上基極歐姆接觸區(qū)(13)寬度。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于在淀 積氧化硅(2)保護(hù)層和氮化硅(3)后采用選擇性氧化技術(shù)和表面平坦化技術(shù)使場區(qū)和有源 區(qū)處于同一平面，實現(xiàn)等平面結(jié)構(gòu)，其具體步驟包括① 涂敷光刻膠，采用場區(qū)光刻掩模版進(jìn)行曝光，去除場區(qū)光刻膠；② 刻蝕場區(qū)的氮化硅(3)、氧化硅(2)及硅片(l)，并去除光刻膠；③ 采用RCA技術(shù)對硅片進(jìn)行清洗后，采用高壓水汽氧化法對場區(qū)進(jìn)行選擇性氧化；④ 旋轉(zhuǎn)涂覆光刻膠，使有源區(qū)邊界平坦化；⑤ 刻蝕光刻膠和氧化硅(2):采用等離子體刻蝕方法，通過調(diào)整刻蝕液配比使光刻膠 和氧化硅(2)的刻蝕速率比為1 : l，對光刻膠和氧化硅(2)進(jìn)行刻蝕，刻蝕至光刻膠基本 消除，最終形成平坦化表面。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，其特征在于在完 成離子注入后淀積氧化硅，利用各向異性刻蝕形成發(fā)射區(qū)(10)和基極歐姆接觸區(qū)(13)側(cè)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種利用復(fù)合掩模版制備微波功率器件的方法，該方法采用選擇性氧化技術(shù)和表面平坦化技術(shù)實現(xiàn)芯片場區(qū)和有源區(qū)處于同一焦平面，實現(xiàn)等平面結(jié)構(gòu)；采用同一塊復(fù)合掩模版進(jìn)行光刻，刻蝕形成發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)的摻雜窗口，然后完成發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)摻雜，同時結(jié)合側(cè)墻保護(hù)技術(shù)實現(xiàn)雙極器件芯片發(fā)射極和基極自對準(zhǔn)。該方法實現(xiàn)了亞微米、深亞微米圖形的光刻工藝，并且通過一次光刻工藝使得發(fā)射區(qū)和基極歐姆接觸區(qū)的間距相等，從而達(dá)到提高微波功率器件的微波性能目的。
文檔編號H01L21/331GK101764060SQ200910263949
公開日2010年6月30日 申請日期2009年12月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月31日
發(fā)明者劉英坤, 胡順欣, 鄧建國 申請人:中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所