改進(jìn)線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種改進(jìn)線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路。在制造基于高電子遷移率晶體管的交換電路和微波集成電路時(shí)，去除了影像場(chǎng)分界區(qū)或電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界線寬的均勻性，從而達(dá)到增強(qiáng)一個(gè)高電子遷移率晶體管及其所制成的交換電路和微波集成電路的功能及穩(wěn)定性。
【專利說(shuō)明】改進(jìn)線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路
[0001]
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及到用來(lái)作功率切換的電路及用來(lái)作微波放大的高電子遷移率晶體管器件和微波集成電路(MMIC)，以達(dá)到減小它們中間形成的缺陷微裂縫的產(chǎn)生并增強(qiáng)線寬的均勻性。
【背景技術(shù)】
[0003]除了常用到功率的切換和放大的金屬氧化物半導(dǎo)體(MOS)結(jié)構(gòu)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)和淺摻雜漏極金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(LDMOS)的器件，一種基於II1-氮化物的器件和電路也正被研發(fā)中。這是想滿足對(duì)更高功率并減小功率損耗的要求。現(xiàn)有的在硅和砷化鎵上制作的器件及電路還無(wú)法同時(shí)滿足這兩項(xiàng)要求。應(yīng)用上也很需要可以操作在高達(dá)200千兆赫毫米波段的高功率器件及電路。
[0004]對(duì)II1-氮化物的材料，III可為是周期表第三族中的鋁、鎵和銦。II1-氮化物半導(dǎo)體則包括氮化鋁(A1N)、氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)和它們的合金或熔合物(alloys)，例如:氮化鎵鋁(AlGaN)、氮化鎵銦(InGaN)和氮化銦鋁(AlInN)。
`[0005]由于II1-氮化物材料有優(yōu)良的電子特性，使用這些材料的器件或電路會(huì)有更高的功率及較低的損耗。這些優(yōu)良的電子特性主要在於大的能隙和不同的能量松弛時(shí)間，尤其是氮化鎵、氮化鎵鋁和氮化鋁。由于短的能量松弛時(shí)間和大的能隙，利用這些II1-氮化物半導(dǎo)體和它們的合金或熔合物(alloys)制作的器件會(huì)有很大的擊穿電場(chǎng)。例如:氮化鎵鋁的擊穿電場(chǎng)是3.0XlO6 V/cm,大約是硅和砷化鎵的10倍，因此這些II1-氮化物材料的器件在具有同樣尺寸或厚度的情況下，可以承受更大的電壓。
[0006]此外，這些II1-氮化物半導(dǎo)體可以穩(wěn)定操作的臨界溫度要比砷化鎵和硅都高。作一個(gè)比較，娃器件穩(wěn)定操作的臨界結(jié)溫度是250°C,對(duì)砷化鎵器件是400°C,而對(duì)II1-氮化物器件是600°C。因此，結(jié)合以上，高的擊穿電場(chǎng)、高的電荷遷移率和高的穩(wěn)定操作臨界溫度，很顯然基于II1-氮化物的器件和電子電路對(duì)高功率的切換和高頻率的毫米波電路的應(yīng)用是比較理想的。
[0007]目前大多II1-氮化物外延層是沉積到備制較困難的藍(lán)寶石和碳化硅基座或襯底上的。由于材料特性，生長(zhǎng)用來(lái)制作基座或襯底的藍(lán)寶石和碳化硅的單晶比較困難。相較之下，由于前六十年來(lái)的大量硅技術(shù)的研究跟發(fā)展，硅單晶的生長(zhǎng)甚為成熟，硅基座或襯底的品質(zhì)也聞。
[0008]如果優(yōu)質(zhì)II1-氮化物外延層能沉積在硅基座或襯底上并開(kāi)發(fā)成可靠的器件及電路，則很有可能發(fā)展出較低成本的高頻率、高功率電路。目前，II1-氮化物器件是制作在沉積在藍(lán)寶石，碳化硅和硅基座或襯底的外延層上的。然而，在II1-氮化物外延層上制作和器件操作上還有一些困難。其中一個(gè)困難起因于材料之間的熱膨脹系數(shù)和晶格差異。在沉積II1-氮化物外延層時(shí)，基座或襯底可高過(guò)攝氏1000度(°c)。在沉積并降溫后，在這些II1-氮化物外延層和基座中都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變，導(dǎo)致基座的變形使得光刻的器件線寬均勻性變差。應(yīng)力或應(yīng)變會(huì)在很薄的II1-氮化物外延層中導(dǎo)致不該有的微裂縫或缺陷。因此，在II1-氮化物外延層器件其尺寸均勻性及微裂縫或缺陷會(huì)影響在其上電路的電子特性。
[0009]如圖1a所示，一個(gè)用來(lái)沉積II1-氮化物外延層的晶圓或基座或襯底100，可以是藍(lán)寶石和碳化硅或硅，有一晶園直徑100D，晶園厚度100T。晶園厚度的均勻性為晶園總厚度變化(total thickness variation, TTV),此晶園總厚度變化可能在晶園厚度的百分之一以內(nèi)。對(duì)一個(gè)直徑為六寸厚度為一毫米的晶園，其TTV可小到三微米。如果沉積的II1-氮化物外延層110(圖1b)和此基座或襯底100沒(méi)有晶格差異和熱膨脹系數(shù)的不同時(shí)，此基座或襯底100不會(huì)變形。但我們知道II1-氮化物外延層的沉積是在高溫下進(jìn)行，而所用的基座或襯底100和II1-氮化物外延層之間的晶格和熱膨脹系數(shù)有很大的差異。因此，氮化物外延層在高溫下沉積并降溫后，基座或襯底100和II1-氮化物外延層會(huì)有很大的應(yīng)力和應(yīng)變，導(dǎo)致基座或襯底100(圖1c)的變形。當(dāng)基座或襯底100和II1-氮化物外延層110之間的晶格和熱膨脹系數(shù)的差異造成凹變形時(shí)并在II1-氮化物外延層中產(chǎn)生張應(yīng)力。II1-氮化物外延層110表面形成第一圓球，具有第一圓球中心120和第一圓球直徑130，第一參考面140到II1-氮化物外延層最低點(diǎn)間的距離定出第一彎曲量160 (bow)。另如圖1d所示，當(dāng)基座或襯底100和II1-氮化物外延層110之間的晶格和熱膨脹系數(shù)的差異造成凸變形時(shí)，會(huì)在II1-氮化物外延層中產(chǎn)生壓應(yīng)力。這時(shí)基座或襯底100下表面形成第二圓球，有第二圓球中心120’，第二圓球直徑130’，第二參考面140’到基座或襯底100最高點(diǎn)間的距離定出第二彎曲量160’。
[0010]在一個(gè)沉積到基座或襯底上的II1-氮化物外延層上制造器件或電路的過(guò)程中，需要進(jìn)行多次光刻過(guò)程。每一個(gè)光刻步驟包含下列步驟:(I)涂覆光阻和預(yù)烘乾，(2)通過(guò)光罩對(duì)各個(gè)光罩場(chǎng)(field)曝光，(3)在顯影液中顯影，(4)清洗并烘干，(5)檢查和測(cè)量圖形線寬。在以上所述的光刻過(guò)程后，即可進(jìn)行II1-氮化物外延層局部的蝕刻或金屬的沉積。在局部的蝕刻或金屬的沉積后，存留的光阻可用溶劑清除。經(jīng)最后清洗并烘干后，晶園基座或襯底即可進(jìn)行下一步的光刻過(guò)程。在上述的光刻過(guò)程中，相當(dāng)關(guān)鍵的步驟是(2)通過(guò)光罩對(duì)各個(gè)光罩場(chǎng)(field)曝光。這個(gè)對(duì)各個(gè)光罩場(chǎng)(field)的曝光是在步進(jìn)曝光機(jī)(stepper)中或是掃描曝光機(jī)(scanner)中進(jìn)行。如圖2示,一個(gè)步進(jìn)曝光機(jī)(stepper)或是掃描曝光機(jī)(scanner) 200的簡(jiǎn)化不意圖，有一個(gè)光源210, —個(gè)鏡頭220,光源發(fā)射的光215照射厚度為230T的到光罩230，通過(guò)鏡頭產(chǎn)生該光罩的影像240投影涂覆在一晶園260表面的光阻250上,形成一個(gè)第一光罩場(chǎng)影像270,有一個(gè)光罩場(chǎng)影像寬270W,有個(gè)光罩場(chǎng)影像長(zhǎng)270L。第一光罩場(chǎng)影像曝光完后，晶園基座或襯底被移到新的位置，以進(jìn)行后續(xù)光罩場(chǎng)影像的曝光，直到整個(gè)晶園曝光完畢。
[0011]利用一個(gè)步進(jìn)曝光機(jī)或是掃描曝光機(jī)進(jìn)行影像的曝光時(shí)，在光阻上可以產(chǎn)生的最小圖形的尺寸為=FS=Ii1 λ /NA，此處ki大約為0.3-0.4，λ為所使用光源的波長(zhǎng)，NA為鏡頭220的數(shù)值孔徑220D。對(duì)一個(gè)步進(jìn)曝光機(jī)或是掃描曝光機(jī)，Ii1和NA有下限和上限，現(xiàn)有技術(shù)采用盡量短波長(zhǎng)的光源來(lái)曝光。例如，一個(gè)步進(jìn)曝光機(jī)使用汞燈i_線，其波長(zhǎng)為365納米。一個(gè)掃描曝光機(jī)使用氟化氬雷射或激光，其波長(zhǎng)為193納米。另外一個(gè)重要的參數(shù)是景深或曝光深度(DOF) 280，該景深給出曝光機(jī)對(duì)一光阻曝光解析度的能力。這是曝光機(jī)能在光阻產(chǎn)生規(guī)格之內(nèi)的圖像臨界線寬(critical dimension,⑶)的最大距離范圍。因此，曝光景深或曝光深度，DOF的數(shù)值是定作光阻所在的晶園在向上或向下移動(dòng)時(shí)，圖像的線寬變化保持在規(guī)格臨界線寬的±10%之內(nèi)的允許晶園上下移動(dòng)最大距離。
[0012]表一,使用不同波長(zhǎng)光源的步進(jìn)曝光機(jī)和掃描曝光機(jī)的曝光景深 波長(zhǎng)(納米)數(shù)值孔徑(NA)景深DOF (納米)光源
3650.61,0001-線汞燈
2480.7700氟化氪激光
1930.75500氟化氬激光 表一給出使用不同波長(zhǎng)光源的步進(jìn)曝光機(jī)和掃描曝光機(jī)的曝光景深和對(duì)應(yīng)的波長(zhǎng)及數(shù)值孔徑。可以看到這些步進(jìn)曝光機(jī)和掃描曝光機(jī)的曝光景深很小。因此，要把光罩上的圖像清晰的投影到涂覆在凹或凸變形的晶園而達(dá)到一個(gè)線寬均勻的光罩場(chǎng)并保持規(guī)格之內(nèi)的圖像臨界線寬(CD)并不容易。如果變形量或彎曲量(160，160’ )超過(guò)景深D0F，在光罩上尺寸相同的圖像投影到同一個(gè)光罩場(chǎng)(field)光阻并顯影后，圖像臨界線寬會(huì)不均勻而隨位置而變化。不均勻的圖像臨界線寬使得所制成的器件或電路的電特性也不均勻。為了達(dá)到圖像臨界線寬的均勻性，步進(jìn)曝光機(jī)或掃描曝光機(jī)中的晶園座(wafer chuck)對(duì)晶園施加一吸引力，以使變形成凹或凸的晶園變平。這個(gè)晶園座對(duì)晶園施加的吸引力在此晶園中產(chǎn)生額外的應(yīng)力同時(shí)對(duì)其上的II1-氮化物外延層產(chǎn)生另一額外應(yīng)力及應(yīng)變。連同外延層生長(zhǎng)或沉積時(shí)所引發(fā)的應(yīng)力和應(yīng)變，此II1-氮化物外延層中將會(huì)產(chǎn)生更多的微裂縫和缺陷，從而影響到所制成器件和電路的功能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明涉及到使用在沉積到硅，藍(lán)寶石或碳化硅基座或襯底上的II1-氮化物外延層制作出來(lái)的晶體管器件和微波集成電路，也可使用在沉積到砷化鎵，硅，藍(lán)寶石或碳化硅基座或襯底上II1-砷化物外延層制作出來(lái)的晶體管器件和微波集成電路，以達(dá)到改善臨界線寬均勻性的目的。
[0014]為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供一個(gè)去除了影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，所述電路制造在一個(gè)晶圓或基座上，該晶圓或基座上有至少一個(gè)X軸向影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)和至少一個(gè)Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)，定出至少四個(gè)影像場(chǎng)，該影像分界區(qū)或切割區(qū)介于相鄰的影像場(chǎng)之間，并成為影像場(chǎng)邊緣；每一個(gè)影像場(chǎng)上至少有一個(gè)覆蓋了復(fù)合外延層的復(fù)合外延層區(qū)，每一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)長(zhǎng)度，一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)寬度，定義四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣，該復(fù)合外延層至少有一個(gè)緩沖層，一個(gè)導(dǎo)電通道層、一個(gè)肖特基層和一個(gè)歐姆接觸層，一個(gè)源極層，一個(gè)漏極層；每個(gè)影像場(chǎng)上有至少一個(gè)在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管，該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極，一個(gè)源極和一個(gè)由一個(gè)第一柵極頭部和一個(gè)第一柵極根部組成的第一柵極，在該復(fù)合外延層區(qū)外的基座上有至少一個(gè)電阻器，至少一個(gè)電容器，至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)信號(hào)輸入端口，至少一個(gè)信號(hào)輸出端口，該X軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料的一部或全部被去除，以釋放其感應(yīng)到該晶圓或基座上部分的應(yīng)力或應(yīng)變，以減小該基座的變形，從而達(dá)到便于制造時(shí)的光刻步驟，并達(dá)成該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管中圖像臨界線寬的均勻性，其電特性和電路的穩(wěn)定性及可靠性。
[0015]本發(fā)明同時(shí)提供了一個(gè)去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，所述的電路制造在一個(gè)晶圓或基座上，該晶圓或基座上有至少四個(gè)影像場(chǎng)，每一影像場(chǎng)中有至少一個(gè)X軸向的電路切割區(qū)及至少一個(gè)y軸向電路切割區(qū)，定出至少四個(gè)電路區(qū)，該電路切割區(qū)介于相鄰的電路區(qū)之間，并成為電路區(qū)邊緣；該電路區(qū)上至少有一個(gè)覆蓋了一個(gè)復(fù)合外延層的復(fù)合外延層區(qū)，每一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)長(zhǎng)度，一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)寬度，定義四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣，該復(fù)合外延層至少有一個(gè)緩沖層，一個(gè)導(dǎo)電通道層、一個(gè)肖特基層和一個(gè)歐姆接觸層，一個(gè)源極層，一個(gè)漏極層，至少一個(gè)在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管，該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極，一個(gè)源極和一個(gè)由一個(gè)第一柵極頭部和一個(gè)第一柵極根部組成的第一柵極，在該復(fù)合外延層區(qū)外的基座上有至少一個(gè)電阻器，至少一個(gè)電容器，至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)信號(hào)輸入端口，至少一個(gè)信號(hào)輸出端口，該X軸向的電路切割區(qū)及I軸向的電路切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料的一部或全部被去除，以釋放其感應(yīng)到該晶圓或基座上部分的應(yīng)力或應(yīng)變，以減小該基座的變形，從而達(dá)到便于制造時(shí)的光刻步驟，并達(dá)成該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管中圖像臨界尺寸的均勻性，其電特性和電路的穩(wěn)定性及可靠性。
[0016]該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管具有一個(gè)柵極，該柵極具有一個(gè)柵極頭部和一個(gè)柵極根部，該柵極根部底層材料，選自鎳鉻合金NixCivx或鎳鎢合金NiyW1+其中x〈0.4，y〈0.3，，以增強(qiáng)對(duì)該復(fù)合外延通道層表面的附著力并減小已吸附和擴(kuò)散到復(fù)合外延通道層中氧或水的分子的作用。該柵極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鉬，鈦，鎮(zhèn)，組，鶴，金，銅，招。
[0017]該晶圓或基座的材料由硅，碳化硅，藍(lán)寶石和砷化鎵基座或襯底中選出。
[0018]該復(fù)合外延層的材料選自下述材料組:氮化鋁，氮化鎵，氮化銦，氮化鎵鋁，氮化鎵銦，氮化銦鋁，及其合金或熔合物。該復(fù)合外延層的材料也可選自下述材料組:砷化鋁，砷化鎵，砷化銦，砷化鎵鋁，砷化鎵銦，砷化銦鋁，及其合金或熔合物。
[0019]該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極和一個(gè)源極，該漏極和源極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鈦，鎳，鉭，鎢，金，銅，鋁。
該肖特基層和柵極之間另加了一個(gè)柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氧化鉿，氧化鎂或它們的熔合物，以降低柵極及源極，和柵極及漏極之間的漏電流，從而增強(qiáng)所制成微波集成電路和交換電路的功能。
[0020]在該高電荷遷移率晶體管及其所制成的微波集成電路和交換電路的表面沉積一層保護(hù)層，該保護(hù)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，或氮氧化硅，以保護(hù)器件，電路并減小操作中的原子擴(kuò)散或氧化，減低可能產(chǎn)生的表面態(tài)。
[0021]該柵極根部長(zhǎng)度小于一微米(1000納米)或最好小于250納米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
[0022]另在該肖特基層中蝕刻一肖特基層凹槽，柵極根部材料的全部或一部沉積到該肖特基層凹槽中，以起到該高電荷遷移率晶體管達(dá)到加強(qiáng)穩(wěn)定性和操作的可靠性。
[0023]根據(jù)本發(fā)明，在制造基于高電子遷移率晶體管的交換電路和微波集成電路時(shí)，通過(guò)去除影像場(chǎng)分界區(qū)或切割道中復(fù)合外延層材料以減小變形量，可以達(dá)到改善臨界線寬均勻性的目的，從而達(dá)到增強(qiáng)一個(gè)高電子遷移率晶體管及其所制成的交換電路和微波集成電路的功能及穩(wěn)定性。
[0024]【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
圖1a給出一個(gè)用來(lái)沉積II1-氮化物外延層晶圓基座或襯底，有一晶園直徑(100D)，和晶園厚度(100T)。圖1b給出沉積了一外延層的基座或襯底，因其材料與基座或襯底沒(méi)有晶格差異和熱膨脹系數(shù)的不同，此基座或襯底不會(huì)變形。圖1c給出一沉積了一外延層材料的基座或襯底，外延層材料和基座或襯底材料有晶格差異和熱膨脹系數(shù)的不同，基座或襯底因而變凹形。圖1d給出一個(gè)沉積了一外延層材料的基座或襯底，外延層其材料的基座或襯底有晶格差異和熱膨脹系數(shù)的不同，基座或襯底因而變凸形。
[0025]圖2顯示了一個(gè)步進(jìn)曝光機(jī)或是掃描曝光機(jī)的簡(jiǎn)化示意圖200，有一個(gè)光源210，一個(gè)鏡頭220，光源發(fā)射的光215照射到光罩230，通過(guò)鏡頭產(chǎn)生該光罩的影像240投影涂覆在一晶園260表面的光阻250上,形成一個(gè)第一光罩場(chǎng)影像270。第一光罩場(chǎng)影像曝光完后，晶園基座或襯底被移到新的位置，以進(jìn)行后續(xù)光罩場(chǎng)影像的曝光，直到整個(gè)晶園曝光完畢。
[0026]圖3a給出一個(gè)有一外延層的基座300，該基座因外延層而產(chǎn)生應(yīng)力和凹的應(yīng)變。變形量330小于景深(DOF) 280,圖3b給出一個(gè)有一外延層的基座300’，該基座因外延層而產(chǎn)生更嚴(yán)重的應(yīng)力和凹的應(yīng)變。變形量330’大于景深(DOF) 280’，圖3c給出一個(gè)有一外延層的基座300”，該基座因外延層而產(chǎn)生更嚴(yán)重的應(yīng)力和凸的應(yīng)變。變形量330”大于景深(DOF) 280”。
[0027]圖4a給出經(jīng)由晶圓座對(duì)晶圓施加吸力而在復(fù)合外延層中產(chǎn)生的微裂縫(410，420，430，)或是缺陷。圖4b給出一個(gè)通道中有微裂縫(450，460)的高電子遷移率晶體管440。圖4c給出一個(gè)通道中沒(méi)有微裂縫的高電子遷移率晶體管的截面圖。
[0028]圖5a給出一個(gè)有因晶圓變形而生的變形量530的晶圓的一部分，圖5b是把X軸向影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料蝕刻，以釋放其中部分的應(yīng)力或應(yīng)變的情況。圖5C給出去除了 X軸向影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料后，晶圓減小應(yīng)力和應(yīng)變后的截面，圖5d則給出去除了X軸向影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料并涂布了光刻膠后的截面。
[0029]圖6a顯不一個(gè)基座或襯底上的一個(gè)影像場(chǎng)600,因外延層材料所產(chǎn)生的凹變形，圖6b給出去除了 X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料后，減小應(yīng)力和應(yīng)變后的情況。圖6c給出去除了 X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)的復(fù)合外延層材料后，變形量690減小到小于景深(DOF) 280的截面。圖6d給出涂覆了一層光刻膠到去除了 X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)的復(fù)合外延層材料后，最后變形量690’減小到小于景深(DOF) 280的截面。
[0030]圖7a顯示一個(gè)理想而未變形的基座，有一沉積的外延層材料，圖7b顯示涂覆光阻并曝光顯影后曝露出分界區(qū)或切割區(qū)的情形。圖7c顯示在分界區(qū)或切割區(qū)內(nèi)除緩沖層外，蝕刻完其他復(fù)合外延層材料后的情形，圖7d顯示進(jìn)一步蝕刻完部分緩沖層材料后的情形。圖7e顯示蝕刻完整個(gè)復(fù)合外延層材料后產(chǎn)生了復(fù)合外延層材料腔體并曝露出硅基底的情形。圖7f顯示除蝕刻完整個(gè)復(fù)合外延層材料后，還蝕刻了基座表面層材料的情形。
[0031]圖8給出一個(gè)兩級(jí)微波集成電路的簡(jiǎn)化頂視圖，有兩個(gè)高電子遷移率晶體管，和幾個(gè)偏置元件，包括電阻器(861，862，863，864，865)，電容器(871，872，873，874，875，876，877)和電感器(881，882，883，884，885，886，887)。我們可以看到用來(lái)制作主動(dòng)器件，即這兩個(gè)高電子遷移率晶體管(840，850)所需的面積相當(dāng)?shù)男　?br> [0032]圖9a給出一高電子遷移率晶體管，有四個(gè)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)邊緣(921，922，923，924)及四個(gè)基座邊緣(911，912，913，914)，其間的距離控制到不小于第一通道區(qū)邊緣臨界距離應(yīng)該為100微米或最好為150微米，以避免因去除切割區(qū)使得邊緣的復(fù)合氮化物外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變下降對(duì)所成高電子遷移率晶體管中通道電荷密度的影響，從而影響到所制成的微波集成電路及用來(lái)調(diào)制高功率的電路。圖％是圖9a中高電子遷移率晶體管沿AA’線的截面圖。
[0033]附圖標(biāo)記說(shuō)明
100-基座或襯底，100D-晶園直徑，100T-晶園厚度，
110- M ?氮化屋外延層，
120-第一圓球中心，120’ -第二圓球中心，
130-第一圓球直徑，130’ -第二圓球直徑，
140-第一參考面，140’ -第二參考面`，
160-第一彎曲量，160’ -第二彎曲量，
200-步進(jìn)曝光機(jī)或掃描曝光機(jī)，
210-光源，215-光源發(fā)射的光，
220-鏡頭，
230-光罩，
240-光罩的影像，
250-光阻，
260-晶園，
270-第一光罩場(chǎng)影像，270L-光罩場(chǎng)影像長(zhǎng)，270W-光罩場(chǎng)影像寬，
280、280，、280 ” -景深(DOF )，
310-基座，31Off-基座部分寬，
320-光阻，320C’、320C”-中央?yún)^(qū)，320L’，320R，、320L”、320R” -外部區(qū)域 330、330’、330”-彎曲量，
410，420, 430-微裂縫，410a，420a，430a-微裂縫長(zhǎng)軸，
440-高電子遷移率晶體管，
441-硅基座，
442-復(fù)合外延層區(qū)，442B-外延緩沖層，442C-導(dǎo)電通道層，442S-肖特基層，4420MS-源極歐姆接觸層，4420MD-漏極歐姆接觸層，442W-復(fù)合外延層寬，
443-源極、443E-第一源極邊， 444-漏極，444E-第一漏極邊，
445-柵極，445A-柵極長(zhǎng)軸，445L-柵極長(zhǎng)、445W-柵極寬，
446-通道區(qū)，446A-通道區(qū)長(zhǎng)軸，446L-通道區(qū)長(zhǎng)，446W-通道區(qū)寬，
450,460-第一微裂縫和第二微裂縫
510-晶園或基座，
520-復(fù)合外延層，521-緩沖層，522-導(dǎo)電通道層，523-肖特基層，524-突出層，525-歐姆接觸層，
530-初始彎曲量，
540-第一光阻層，
(550-1，550-2，550-3，550-4，550-5，550-6，550-7，550-8)_X 軸向影像場(chǎng)分界區(qū)或切割
區(qū)，
(560-1，560-2，560-3，560-4，560-5，560-6，560-7，560-8 ) -Y 軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割
區(qū)，
570-影像場(chǎng)，
585-第二光阻層，
590-最后彎曲量，590’ -涂了光刻膠以后的最后彎曲量 600-基座或襯底上的一個(gè)影像場(chǎng)，
610-晶圓或基座，
620-復(fù)合外延層，621-緩沖層，622-導(dǎo)電通道層，623-肖特基層，624-突出層，625-歐姆接觸層，
630-初始彎曲量，
640-第一光阻層，
(680-1?680-6) -X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)，
(685-1?685-7) -Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)，
695-第二光阻層，
660-電路區(qū)，
690-最后彎曲量，690’ _涂了光刻13父以后的最后彎曲量，
710-基座，710C-基座上層槽，710⑶-基座上層槽深，
720-復(fù)合外延層，720Ε-曝露的復(fù)合外延層，720C-復(fù)合外延層槽，721-氮化鎵鋁緩沖層，721C-緩沖層槽，721C’ -部分緩沖層槽，721Τ-緩沖層厚度，721Τ’ -緩沖層表層厚，722-通道層，722Τ-通道層厚，723-肖特基層，723Τ-肖特基層厚，724-突出外緣層，724Τ-突出外緣層厚，725Τ-歐姆接觸層厚，725-氮化鎵銦歐姆接觸層，
730Τ-第一層光刻膠或光阻厚度，(730R，730L )-第一層光刻膠或光阻，730W-切割道區(qū)槽寬，730C-切割道區(qū)槽，
800-微波集成電路，
810-基座，(811,812，813,814)-四個(gè)基座邊，
820-信號(hào)輸入端口，
830-信號(hào)輸出端，
840-第一級(jí)的高電子遷移率晶體管，841-第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)，850-第二級(jí)的高電子遷移率晶體管，851-第二復(fù)合氮化物外延層區(qū)，
(861，862，863，864，865)-電阻器，
(871，872，873，874，875,876,877)-電容器，
(881,882,883,884,885,886,887)-電感器，
900-高電子遷移率晶體管
910-基座，(911,912,913,914)-四個(gè)基座邊緣，
920-第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)，(921，922，923，924)-四個(gè)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)邊緣，
(921D，922D，923D，924D)-四個(gè)基座邊緣(911，912，913，914)與對(duì)應(yīng)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)邊緣(921，922，923，924)間的距離，
942-復(fù)合外延層，942B-外延緩沖層，942C-導(dǎo)電通道層，942S-肖特基層，9420MS-源極歐姆接觸層，9420MD-漏極歐姆接觸層，942W-復(fù)合外延層寬，
943-源極，
944-漏極
945-柵極，945L-柵極長(zhǎng)度、945W-柵極寬度，
946-通道區(qū)，946L-通道區(qū)長(zhǎng)度，946W-通道區(qū)寬度，
(Θ 1，Θ 2，Θ 3)-裂縫長(zhǎng)軸角度
(111)_ 娃晶園，(0001)-面，
[1120], [1210]，[2U0]-微裂縫方向，
(1100)，(1010)，(0110)-[1120], [1210]和[2U0]相對(duì)的斷裂面。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)一步加以描述:
本發(fā)明中的半導(dǎo)體器件主要是基于沉積到硅，碳化硅，藍(lán)寶石等基座上的II1-氮化物外延層或II1-砷化物外延層。以硅基座為例，復(fù)合II1-氮化物外延層一般沉積到(111)或(100)晶面上。在沉積并降溫后，在這些復(fù)合II1-氮化物外延層和基座中都會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變，此應(yīng)力對(duì)氮化鎵鋁-氮化鎵-氮化鋁-硅[AlGaN-GaN-AlN-Si]結(jié)構(gòu)中本質(zhì)(intrinsic)或低摻雜的氮化鎵招外延層中為張應(yīng)力(tensile stress),并在此氮化鎵招層中引發(fā)電荷極化(charge polarization)。此電荷極化在氮化鎵招層中靠氮化鎵的一側(cè)為正電荷，而在遠(yuǎn)離氮化鎵的另一側(cè)為負(fù)電荷。在氮化鎵鋁層中靠氮化鎵的一側(cè)引發(fā)的正極化電荷在氮化鎵層近表面層中感應(yīng)約同數(shù)量負(fù)自由載子即負(fù)電子，形成一極薄的自由載子層。在晶體管制成后，此一極薄的自由載子層將形成此晶體管的溝道(channel)或通道。要制造的晶體管包含一個(gè)溝道，一個(gè)源極，一個(gè)漏極和一個(gè)柵極，控制電壓加到柵極和源極之間，從而達(dá)到一改變此控制電壓來(lái)調(diào)制溝道中所感應(yīng)負(fù)自由載子即負(fù)電子的數(shù)量。負(fù)自由載子即負(fù)電子由靜電感應(yīng)到結(jié)構(gòu)中本質(zhì)(intrinsic)或未摻雜的氮化鎵外延層的溝道中，所能遭受的雜子散射(impurity scattering)很小。因此,負(fù)自由載子即負(fù)電子在此種晶體管溝道中的電荷遷移率高，而此種晶體管被稱作高電荷遷移率晶體管(High ElectronMobility Transistor, HEMT)。為進(jìn)一步加強(qiáng)晶體管的操作，可對(duì)氮化鎵招外延層進(jìn)行摻雜，使雜質(zhì)原子所對(duì)應(yīng)的負(fù)自由電子進(jìn)入溝道中以增加其數(shù)量。由以上說(shuō)明，我們知道II1-氮化物外延層各個(gè)層之間由于材料間熱膨脹系數(shù)和晶格差異產(chǎn)生的應(yīng)力或應(yīng)變對(duì)一個(gè)高電荷遷移率晶體管的操作是不可少的。如表二所示，氮化鎵鋁，氮化鎵，氮化鎵銦，氮化鋁的熱膨脹系數(shù)都比硅的熱膨脹系數(shù)大。由于它們之間不同的熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)，這些復(fù)合II1-氮化物外延層在沉積并降溫后，會(huì)在II1-氮化物外延層產(chǎn)生相當(dāng)大的張應(yīng)力。升溫或降溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變。除了在外延過(guò)程中導(dǎo)致的張應(yīng)力，額外的張應(yīng)力也可在后續(xù)的器件制造過(guò)程中產(chǎn)生的升溫或降溫中產(chǎn)生。甚至在高功率的開(kāi)關(guān)操作中，所伴隨的溝道溫度上升或下降也可能產(chǎn)生額外的張應(yīng)力。大的張應(yīng)力將在氮化鎵鋁，氮化鎵，氮化鎵銦，氮化鋁外延層中產(chǎn)生微裂縫。
[0035]除了 II1-氮化物外延層以外，應(yīng)力也發(fā)生在II1-砷化物外延層，例如當(dāng)前無(wú)線通訊使用得多的砷化鎵鋁(AlGaAs)，砷化鎵(GaAs)，砷化鎵銦(InGaAs)，砷化鋁(AlAs)都有不同程度的應(yīng)力并導(dǎo)致一些微裂縫。
[0036]因此，本發(fā)明涉及到使用在沉積到硅，藍(lán)寶石或碳化硅基座或襯底上的II1-氮化物外延層制作出來(lái)的晶體管器件和微波集成電路，也可使用在沉積到砷化鎵，硅，藍(lán)寶石或碳化硅基座或襯底上II1-砷化物外延層制作出來(lái)的晶體管器件和微波集成電路。
[0037]用來(lái)制作高電荷遷移率晶體管和微波集成電路的復(fù)合II1-氮化物及II1-砷化物外延層通常包含一個(gè)緩沖層(buffer layer)和通道層(channel layer),肖特基層(Schottky layer),高摻雜的歐姆層(ohmic layer),突出邊緣層(ledge layer) 0 以一復(fù)合砷化物外延層為例，緩沖層由交互的幾層砷化鎵，砷化鎵銦構(gòu)成，通道層為無(wú)摻雜的砷化鎵銦，肖特基層局部摻雜的砷化鎵鋁，歐姆層為高摻雜的砷化鎵銦，邊緣層為低摻雜的砷化鎵。無(wú)摻雜的砷化鎵銦溝道或通道中的電荷遷移率高可高達(dá)10，000cm2/V-sec，此一復(fù)合砷化物外延層可用來(lái)制作高速高效率的器件及電路?；卸紩?huì)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變。
[0038]復(fù)合砷化物外延層中，由于各層之間不同的熱膨脹系數(shù)和晶格常數(shù)，這些復(fù)合II1-砷化物外延層在沉積并降溫后，會(huì)在II1-砷化物外延層產(chǎn)生相當(dāng)大的張應(yīng)力。升溫或降溫時(shí)會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力或應(yīng)變。除了在外延過(guò)程中導(dǎo)致的張應(yīng)力，額外的張應(yīng)力也可在后續(xù)的器件制造過(guò)程中產(chǎn)生的升溫或降溫產(chǎn)生。甚至在高功率的開(kāi)關(guān)操作中，所伴隨的溝道溫度上升或下降也可能產(chǎn)生額外的張應(yīng)力。大的張應(yīng)力將在砷化鎵鋁，砷化鎵，砷化鎵銦，砷化鋁外延層中產(chǎn)生微裂縫或缺陷。
[0039]表_.與聞電荷遷移率晶體管有關(guān)材料的熱膨脹系數(shù) 材料 熱膨脹系數(shù)(10_6 / K)
氮化鋁AlN5.3
氮化鎵GaN5.5
氮化鎵招5.4
氮化鎵銦InN3.8
神化嫁GaAs6.8
砷化鎵鋁 Ala2Gaa8As5.6
砷化鎵銦 Ina2Gaa8As5.6
娃 Si3.0
碳化硅SiC2.8
藍(lán)寶石Sapphire5?6.6 圖3a給出一個(gè)基座310的一部分，有一層涂覆在上面的光阻320，有一基座部分寬31 Off,約等于圖2所示的影像場(chǎng)寬(field width)270W，該基座是凹的，有一個(gè)彎曲量330，小于光刻機(jī)的景深280。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)光罩的圖像投影到光阻中央?yún)^(qū)的表面時(shí)，則整個(gè)光罩場(chǎng)中的光阻會(huì)在景深之內(nèi)，使得所得到圖像臨界線寬(CD)在整個(gè)光罩影像場(chǎng)內(nèi)為均勻的。
[0040]當(dāng)基座的變形較嚴(yán)重或是景深較小且基座是凹的時(shí)，彎曲量330’會(huì)比景深280要大，如圖3b所示。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)光罩上的圖像投影到光阻320表面時(shí)，只有中央?yún)^(qū)320C’的光阻會(huì)落在景深之內(nèi)，使得圖像的線寬均勻。在外部區(qū)域(320L’，320R’)，其光阻落在景深之外，因此圖像臨界線寬會(huì)不均勻。臨界線寬的變化將超出規(guī)格的正負(fù)10%，此數(shù)字是一般被用來(lái)定義景深的最大線寬變化。
[0041]同理，當(dāng)基座的變形較嚴(yán)重或是景深較小且基座是凸的時(shí)，彎曲量或變形量330”會(huì)比景深280要大，如圖3c所示。在這種情況下，當(dāng)一個(gè)光罩上的圖像投影到光阻320表面時(shí)，只有中央?yún)^(qū)320C”的光阻會(huì)落在景深之內(nèi)，使得圖像的線寬均勻。在外部區(qū)域(320L”，320R”)，其光阻落在景深之外，因此圖像臨界線寬會(huì)不均勻，使得臨界線寬的變化超出規(guī)格的正負(fù)10%。
[0042]在曝光時(shí)，基座在影像場(chǎng)的全范圍之內(nèi)必須充分平整。在光刻機(jī)及其它半導(dǎo)體制造裝備中，這是經(jīng)由晶圓座(wafer chuck)對(duì)晶圓施加吸力來(lái)達(dá)成,此吸力經(jīng)由靜電或是真空來(lái)產(chǎn)生。但此種使得晶圓變形而變平的吸力，在原來(lái)復(fù)合外延層沉積過(guò)程中所引發(fā)的應(yīng)變和應(yīng)力之外，又產(chǎn)生了額外的應(yīng)力及應(yīng)變，使得復(fù)合外延層中產(chǎn)生微裂縫或是缺陷。要指出的是，上述微裂縫或缺陷發(fā)生的位置是相當(dāng)隨機(jī)的。以沉積到硅晶圓(111)面上的II1-氮化物外延層為例，在沉積過(guò)程和后續(xù)降溫之后，在此II1-氮化物外延層中將引發(fā)相當(dāng)大的張應(yīng)力，導(dǎo)致晶圓的變形。在曝光過(guò)程中，由于晶圓座對(duì)該晶圓所加的吸力，會(huì)產(chǎn)生一些微裂縫(410，420，430，圖4a)或缺陷，該微裂縫各有一個(gè)微裂縫長(zhǎng)軸(410a，420a，430a)，它們發(fā)生的位置是隨機(jī)的，相鄰兩個(gè)微裂縫(410-420，420-430，430-410)各有微裂縫長(zhǎng)軸角度(Θ1，Θ 2，Θ3)。上述例子發(fā)生在(111)面硅晶圓上(OOOl)面的氮化鎵、氮化鋁、氮化銦及其熔合物的外延層中，三個(gè)微裂縫方向則指向[11迅)]，[1210]和[2U0]。相對(duì)的斷裂面是(1100)，(1010)和(0110)。在外延層沉積過(guò)程中，外延的關(guān)系是氮化鎵的
(OOOl)面平行于娃的(111)面,而娃[110]方向平行于氮化鎵[1120]方向，娃的[112]方向平行于氮化鎵[1100]方向。由于硅晶體主斷裂面是{111}而其以斷裂方向?yàn)椤?10〉。因此，氮化鎵和硅有一個(gè)共同的斷裂方向，即氮化鎵沿[11卻]方向，而硅沿[HO]方向。所以在II1-氮化物復(fù)合外延層中因吸力可能產(chǎn)生的微裂縫，其長(zhǎng)軸將指向[11迅)]，[1210]和[2U0]方向。
[0043]當(dāng)這些引發(fā)的微裂縫或缺陷接近通道區(qū)時(shí)，會(huì)降低含有這些高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路的功能或使其損壞。圖4b給出一個(gè)高電子遷移率晶體管440的頂視圖，有一個(gè)硅基座441、一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)442，在本例中它是氮化鎵銦-氮化鎵鋁-氮化鎵，這個(gè)復(fù)合外延層有一個(gè)復(fù)合外延層寬442W、一個(gè)源極443、一個(gè)漏極444和一個(gè)柵極445,該柵極有一個(gè)柵極長(zhǎng)445L、一個(gè)柵極寬445W,該源極443有一個(gè)面對(duì)柵極的第一源極邊443E，該漏極有一個(gè)面對(duì)柵極的第一漏極邊444E。介于該源極和漏極邊的復(fù)合外延層區(qū)形成一個(gè)通道區(qū)446，有一個(gè)通道區(qū)長(zhǎng)446L、一個(gè)通道區(qū)寬446W，該通道區(qū)寬446W約等于復(fù)合外延層區(qū)寬442W，該通道區(qū)有一個(gè)通道區(qū)長(zhǎng)軸446A大約和第一源極邊443E平行或和第一漏極邊444E平行；該通道區(qū)內(nèi)有一個(gè)第一微裂縫450和第二微裂縫460。該柵極有一個(gè)柵極長(zhǎng)軸445A大約與通道區(qū)長(zhǎng)軸446A平行。圖4c給出了一個(gè)取自圖4b高電子遷移率晶體管440沿A-A’線的一個(gè)截面圖，此處復(fù)合外延層區(qū)442以外延沉積和蝕刻步驟做成，至少有四個(gè)子層，一個(gè)外延緩沖層442B來(lái)達(dá)成附著和晶格的松弛；一個(gè)導(dǎo)電的通道層442C ；一個(gè)肖特基層442S ;—個(gè)源極歐姆接觸層4420MS及一個(gè)漏極歐姆接觸層4420MD。該緩沖層442B可以是多層的氮化鋁-氮化鎵鋁，該導(dǎo)電通道層442C的材料可以是氮化鎵或氮化鎵銦，該肖特基層442S材料可以是氮化鎵鋁，而該源極歐姆接觸層4420MS和漏極歐姆接觸層4420MD的材料可以是高摻雜的氮化鎵或氮化鎵銦。因此，由于高摻雜，如圖4c中的小圓圈所示，在源極歐姆接觸層4420MS和漏極歐姆接觸層4420MD中的自由電荷密度很高，以達(dá)到與源極443和漏極444低電阻接觸。源極443是一個(gè)沉積的金屬層以達(dá)成對(duì)該源極歐姆層的歐姆接觸，漏極444也是一個(gè)沉積的金屬層以達(dá)成對(duì)該漏極歐姆層的歐姆接觸。在通道層442C中，有很多以小圓圈表示的自由電荷，其密度經(jīng)由復(fù)合II1-氮化物外延層(氮化鎵銦-氮化鎵鋁-氮化鎵)的沉積過(guò)程來(lái)控制。對(duì)應(yīng)力的適當(dāng)?shù)目刂瓶墒乖撏ǖ缹拥姆綁K電阻控制在每方塊100歐姆或200歐姆。在一個(gè)通道區(qū)寬對(duì)通道區(qū)長(zhǎng)的比例為100的高電子遷移率晶體管中，晶體管導(dǎo)通時(shí)(ON)，源極和漏極之間通道區(qū)的電阻為I歐姆，這個(gè)I歐姆的電阻在很多應(yīng)用中可以忽略。當(dāng)柵極和源極之間加一個(gè)電壓，會(huì)使得大部分的自由電荷被從柵極底下的通道中排除。這個(gè)作用是由于所加電壓在肖特基層中所產(chǎn)生的額外電場(chǎng)引起。當(dāng)電子從柵極底下的通道中被排除后，它的電阻系數(shù)會(huì)增加幾個(gè)數(shù)量級(jí)，此時(shí)，高電子遷移率晶體管處于關(guān)閉的狀態(tài)(OFF)。介于漏極和源極之間的通道電阻會(huì)從原來(lái)導(dǎo)通狀態(tài)的I歐姆增加幾千或幾百萬(wàn)歐姆。上述描述的高電子遷移率晶體管沒(méi)有考慮微裂縫或缺陷所產(chǎn)生的影響，而可看做是一個(gè)理想的開(kāi)關(guān)或放大器。當(dāng)一個(gè)中間數(shù)值的電壓加到該柵極和源極之間時(shí)，少量的自由電荷會(huì)留在通道中，源極和漏極之間的電阻也會(huì)在一個(gè)中間的數(shù)值范圍。此時(shí)，漏極和源極之間可以有一個(gè)相當(dāng)?shù)碾娏髁鬟^(guò)。這時(shí)，高電子遷移率晶體管可作為一個(gè)放大交流電或交流信號(hào)的電子放大器，而交流電或交流信號(hào)的頻率可在微波或是毫米波的范圍或波段。為了達(dá)到好的器件功能，在導(dǎo)通時(shí)通道中的自由電荷或電子分布必須連續(xù)。
[0044]根據(jù)本發(fā)明，如圖5a所示，為便于后續(xù)使用步進(jìn)光刻機(jī)或掃描光刻機(jī)來(lái)在一個(gè)晶圓510上制造電路，該晶圓510有一個(gè)復(fù)合外延層520、有一個(gè)緩沖層521、一個(gè)導(dǎo)電通道層522、一個(gè)肖特基層523、一個(gè)突出層524和一個(gè)歐姆接觸層525，且有相當(dāng)?shù)某跏紡澢?30。根據(jù)本發(fā)明，為了達(dá)到改進(jìn)臨界線寬均勻性的目的，在制造電路前要先對(duì)復(fù)合外延層520作如圖5b所示的切割處理，以達(dá)到減少晶圓的彎曲量530，使其小于景深280。該晶圓510的材料由硅，碳化硅，藍(lán)寶石和砷化鎵基座中選出。該復(fù)合外延層520的材料選自下述材料組:氮化鋁，氮化鎵，氮化銦，氮化鎵鋁，氮化鎵銦，氮化銦鋁，及其合金或熔合物。該復(fù)合外延層520的材料也可選自下述材料組:砷化鋁，砷化鎵，砷化銦，砷化鎵鋁，砷化鎵銦，砷化銦鋁，及其合金或熔合物。
[0045]為了對(duì)復(fù)合外延層520作切割處理，首先要先涂覆一個(gè)第一光阻層540到該晶圓上。為了進(jìn)行第一光刻步驟及第一蝕刻步驟，對(duì)該第一光阻層用分割復(fù)合外延層的第一光罩來(lái)曝光并顯影，以產(chǎn)生X軸向影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)或切割線(550-1，550-2，550-3，550-4，550-5，550-6，550-7，550-8，圖5b)及Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)或切割線(560-1，560-2，560-3，560-4，560-5，560-6，560-7，560-8)。這些分界區(qū)或切割區(qū)介于相鄰的影像場(chǎng)570之間，將每個(gè)影像場(chǎng)570與相鄰的影像場(chǎng)分隔開(kāi)來(lái)。曝光顯影后，各個(gè)X軸向和Y軸向影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)內(nèi)的光阻被除去，暴露出其下的復(fù)合外延層520。接著，蝕刻該復(fù)合外延層的一部分或全部，以釋放其中部分的應(yīng)力或應(yīng)變。該復(fù)合外延層的蝕刻由一個(gè)干刻方法，例如反應(yīng)離子蝕刻或是電漿蝕刻來(lái)達(dá)成，所說(shuō)蝕刻可以完全蝕穿含有緩沖層的復(fù)合外延層。蝕刻完畢后，需去除在晶圓510上的該第一光阻層540。如圖5c (圖5b中沿AB線的截面圖)所示，經(jīng)過(guò)分割處理后，由于復(fù)合外延層520和晶圓510中的應(yīng)力和應(yīng)變減小了，使得每一個(gè)影像場(chǎng)570最后的彎曲量590比原先的彎曲量530 (圖5a)要小得多。此時(shí)，晶圓可以進(jìn)行制造器件或電路的后續(xù)光刻步驟，很顯然，使用進(jìn)行過(guò)復(fù)合外延層切割處理的晶圓來(lái)制造器件或電路，可以達(dá)到改善臨界線寬均勻性的目的。
[0046]該第一個(gè)光刻步驟可以用1:1第一光罩投影式或近鄰式印刷的方法來(lái)達(dá)成。因?yàn)橛跋駡?chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)的寬度通常比較大，在50毫米或100毫米范圍內(nèi)。此第一光刻步驟也完全可以使用一個(gè)步進(jìn)光刻機(jī)來(lái)進(jìn)行。蝕刻影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)內(nèi)復(fù)合外延層之后，在晶圓中的應(yīng)力和應(yīng)變減小使得最后的彎曲量590 (圖5c)和變形小于原始的彎曲量530和變形。涂覆一層第二光阻層585到晶圓上后，局部的彎曲量590’會(huì)比景深280要小從而達(dá)成較好的臨界線寬均勻性(見(jiàn)圖5d)。
[0047]然而，要指出的是，在器件或電路的制造中，最重要的光刻步驟是在產(chǎn)生臨界線寬最小的圖像。對(duì)高電子遷移率晶體管來(lái)說(shuō)，最重要的光刻步驟是在產(chǎn)生一個(gè)柵極或是該柵極的根部。對(duì)一個(gè)用在微波或毫米波頻率的高電子遷移率晶體管，該柵極根部的臨界線寬可以小到100納米甚至于50納米。要達(dá)到這么小的柵極根部臨界線寬，必須使用短波長(zhǎng)光源的掃描光刻機(jī)。這種掃描光刻機(jī)光源的波長(zhǎng)是193納米，而其景深也小，大約500納米。因此，即使采用上述蝕刻全部或部分影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)內(nèi)復(fù)合外延層材料的辦法還可能無(wú)法產(chǎn)生充分平整的表面，以達(dá)到形成這種臨界線寬均勻性的要求。因此，在制造電路前，還需要對(duì)每一個(gè)影像場(chǎng)570 (圖5b)中的復(fù)合外延層520作如圖6b所示的次級(jí)切割處理，以達(dá)到進(jìn)一步減少晶圓彎曲量，使其小于景深280。
[0048]根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)部分或全部去除了影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，進(jìn)一步包括對(duì)每一個(gè)影像場(chǎng)600表面的復(fù)合外延層作如圖6b所示的次級(jí)切割處理。如圖6a和6b所示的影像場(chǎng)600，有一個(gè)基座610，該基座610的材料由硅，碳化硅，藍(lán)寶石和砷化鎵基座或襯底中選出。有四個(gè)基座邊緣。該基座610上有一個(gè)復(fù)合外延層620(圖6a)。該復(fù)合外延層620的材料選自下述材料組:氮化鋁，氮化鎵，氮化銦，氮化鎵鋁，氮化鎵銦，氮化銦鋁，及其合金或熔合物。該復(fù)合外延層620的材料也可選自下述材料組:砷化鋁，砷化鎵，砷化銦，砷化鎵鋁，砷化鎵銦，砷化銦鋁，及其合金或熔合物。該復(fù)合外延層620含有一個(gè)緩沖層621、一個(gè)導(dǎo)電通道層622、一個(gè)肖特基層623、一個(gè)突出層624和一個(gè)歐姆接觸層625，且有相當(dāng)?shù)某跏紡澢?30。
[0049]為達(dá)到進(jìn)一步改進(jìn)臨界線寬的均勻性的目的，先涂覆一個(gè)第一光阻層640到該復(fù)合外延層620上。為了進(jìn)行第一光刻步驟及第一蝕刻步驟，對(duì)該第一光阻層640用第一光罩來(lái)曝光并顯影，以產(chǎn)生至少一個(gè)X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)(680-1，680-2，680-3，680-4，680-5,680-6)及至少一個(gè)Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)(685-1，685-2，685-3，685-4，685-5，685-6，685-7)，定出至少四個(gè)電路區(qū)660。各個(gè)電路分界區(qū)或切割區(qū)介于相鄰的電路區(qū)660之間，將每個(gè)電路區(qū)660與相鄰的電路分隔開(kāi)來(lái)。曝光顯影后，各個(gè)X軸向和Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)內(nèi)的光阻層被除去，暴露出其下的復(fù)合外延層620。蝕刻該X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)(680-1，680-2，680-3，680-4，680-5，680-6)及Y軸電路分界區(qū)或切割區(qū)(685-1，685-2，685-3，685-4，685-5，685-6，685-7)內(nèi)曝露的復(fù)合外延層 620 的一部分或全部，以釋放其中部分的應(yīng)力或應(yīng)變。該曝露復(fù)合外延層的蝕刻由一個(gè)干刻方法，例如反應(yīng)離子蝕刻或是電漿蝕刻來(lái)達(dá)成，所說(shuō)蝕刻可以完全蝕穿含有緩沖層的復(fù)合外延層。蝕刻完畢后，需去除該第一光阻層640。由于應(yīng)力和應(yīng)變減小了，使得最后的彎曲量690(圖6c)比原先的彎曲量630 (圖6a)要小。此時(shí)，晶圓可以進(jìn)行制造器件或電路的后續(xù)光刻步驟，以達(dá)到改善臨界線寬均勻性的目的。
[0050]該第一個(gè)光刻步驟可以用1:1第一光罩投影式或近鄰式印刷的方法來(lái)達(dá)成。因?yàn)殡娐贩纸鐓^(qū)的寬度通常也比較大，在50毫米或100毫米范圍。同時(shí)電路切割區(qū)的寬度也大，在50毫米或100毫米范圍。此第一光刻步驟也完全可以使用一個(gè)步進(jìn)光刻機(jī)來(lái)進(jìn)行。蝕刻電路分界區(qū)復(fù)合外延層之后，在晶圓中的應(yīng)力和應(yīng)變減小使得最后的彎曲量690小于原始的彎曲量630。涂覆一層第二光阻層695到晶圓上后，局部的彎曲量690’會(huì)比景深280要小從而達(dá)成較好的臨界線寬均勻性(見(jiàn)圖6d)。
[0051]以上電路區(qū)660有對(duì)應(yīng)的二個(gè)X軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)及二個(gè)Y軸向電路分界區(qū)或切割區(qū)，其上至少有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)，每一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)長(zhǎng)度，一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)寬度，定義四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣，應(yīng)保持該四個(gè)電路區(qū)邊緣與四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣的距離到大于100微米，或最好是150微米，以減小因去除電路分界區(qū)中材料對(duì)復(fù)合外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變的影響，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。另外，還應(yīng)把基座上高電子遷移率晶體管外的復(fù)合外延層去除，以進(jìn)一步減小該高電子遷移率晶體管外延層區(qū)中的應(yīng)力或應(yīng)變，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。
[0052]該復(fù)合外延層620至少有一個(gè)緩沖層621，一個(gè)導(dǎo)電通道層622、一個(gè)肖特基層623和一個(gè)歐姆接觸層625，一個(gè)源極層，一個(gè)漏極層，至少一個(gè)在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管，該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)柵極，該柵極具有一個(gè)柵極頭部和一個(gè)柵極根部，該柵極根部底層材料，選自鎳鉻合金NixCivx或鎳鎢合金NiyWpy，其中χ〈0.4，y〈0.3，以增強(qiáng)對(duì)該復(fù)合外延通道層表面的附著力并減小已吸附和擴(kuò)散到復(fù)合外延通道層中氧或水的分子的作用。該柵極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鉬，鈦，鎳，鉭，鶴，金，銅，招。該肖特基層623和柵極之間另加了一個(gè)柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氧化鉿，氧化鎂或它們的熔合物，以降低柵極及源極，和柵極及漏極之間的漏電流，從而增強(qiáng)所制成微波集成電路和交換電路的功能。該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極和一個(gè)源極，該漏極和源極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鈦，鎳，鉭，鎢，金，銅，鋁。在該復(fù)合外延層區(qū)外的基座上有至少一個(gè)電阻器，至少一個(gè)電容器，至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)信號(hào)輸入端口，至少一個(gè)信號(hào)輸出端口。該X軸向的次級(jí)分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向的影像場(chǎng)次級(jí)分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料的一部或全部被去除，以釋放其感應(yīng)到該晶圓或基座上部分的應(yīng)力或應(yīng)變，以減小該基座的變形，從而達(dá)到便于制造時(shí)的光刻步驟，并達(dá)成該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管中圖像臨界線寬的均勻性，其電特性和電路的穩(wěn)定性及可靠性。
[0053]在該高電荷遷移率晶體管及其所制成的微波集成電路和交換電路的表面沉積一層保護(hù)層，該保護(hù)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，或氮氧化硅，以保護(hù)器件，電路并減小操作中的原子擴(kuò)散或氧化，減低可能產(chǎn)生的表面態(tài)。
[0054]該柵極根部長(zhǎng)度小于一微米(1000納米)或最好小于250納米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
[0055]另在該肖特基層623中蝕刻一肖特基層凹槽，柵極根部材料的全部或一部沉積到該肖特基層凹槽中，以起到該高電荷遷移率晶體管達(dá)到加強(qiáng)穩(wěn)定性和操作的可靠性。
[0056]蝕刻電路切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料:
圖7a給出在一個(gè)基座或晶圓710上以金屬有機(jī)化學(xué)沉積法(MOCVD)沉積的復(fù)合外延層720，該基座710或晶圓為一 6寸直徑的(111)面單晶硅，含有一個(gè)緩沖層厚度72IT為700納米的漸變氮化鎵鋁緩沖層721，一個(gè)通道層厚722T為700納米的通道層722，一個(gè)肖特基層厚度723T為25納米的肖特基層723，一個(gè)有突出外緣層厚724T為20納米的突出外緣層724，一個(gè)歐姆接觸層厚度725T為20納米的氮化鎵銦歐姆接觸層725，先覆上達(dá)到第一層光刻膠或光阻厚730T為1.5微米的第一層光刻膠或光阻730R，730L (圖7b)，通過(guò)一個(gè)含有切割道區(qū)的光罩曝光并顯影制程以產(chǎn)生一有切割道區(qū)槽寬730W為100微米的切割道區(qū)槽730C，并曝露一部分的復(fù)合外延層720E。以化學(xué)蝕刻或最好以干法蝕刻的方法蝕刻曝露的一部分復(fù)合外延層720E以形成一復(fù)合外延層槽720C (圖7c)并曝露一部分緩沖層721，該復(fù)合外延層槽720C系為圖6b或6c中的一個(gè)電路切割區(qū)(680-1，680-2，680-3，680-4，680-5，680-6 或 685-1，685-2，685-3，685-4，685-5，685-6，685-7)。干法蝕刻在氯化硼和氯的混合氣體所生的等離子氣氛中進(jìn)行，等離子氣氛的激發(fā)功率為200瓦。用干法蝕刻完切割道中除緩沖層721之外的復(fù)合外延層720E后，基座710中由于以金屬有機(jī)化學(xué)沉積法沉積該復(fù)合外延層720E所引發(fā)的應(yīng)力或應(yīng)變，得以減小。此外，也可以再接著蝕刻并曝露一部分緩沖層表層到一新的緩沖層表層厚度721T’并形成部分緩沖層槽721C’(圖7d)以進(jìn)一步減小由該復(fù)合外延層720E在基座所引發(fā)的應(yīng)力或應(yīng)變。此外，也可以完全蝕刻掉曝露的緩沖層721而到達(dá)基座710并形成緩沖層槽721C(圖7e)或可進(jìn)一步蝕刻掉最上層基座材料而形成基座上層槽710C(圖7f)，該基座上層槽710C的深度為710⑶。然而，在這種情況下，應(yīng)控制蝕刻以免基底上層槽過(guò)深?；咨蠈硬圻^(guò)深時(shí)，基座或晶圓容易在后續(xù)的制程中碎裂。蝕刻完后，應(yīng)去除剩余的光刻膠并清洗。蝕刻完切割道區(qū)的復(fù)合外延層材料后，基底或晶圓中的應(yīng)力或應(yīng)變減小，有利于后續(xù)的制造步驟以形成產(chǎn)生高電子遷移率晶體管，電阻，電容，電感,傳送線,輸入端口，輸出端口以制成交換電路和微波集成電路。
[0057]減小晶圓變形量以制造基于高電子遷移率晶體管的微波集成電路:
在用一個(gè)在相當(dāng)變形的沉積了復(fù)合氮化物外延層的基座上制作高電子遷移率晶體管和微波集成電路時(shí)，根據(jù)本發(fā)明，可以另外減小微裂縫的引發(fā)。如圖8所示，一個(gè)微波集成電路800的簡(jiǎn)化頂視圖，在一基座810上，有一信號(hào)輸入端口 820，有一信號(hào)輸出端口 830，一個(gè)第一級(jí)的高電子遷移率晶體管840 (LNA麗1C)，一個(gè)第二級(jí)的高電子遷移率晶體管850，該第一級(jí)的高電子遷移率晶體管840和第二級(jí)的高電子遷移率晶體管850為主動(dòng)器件，偏置元件含有電阻器(861，862，863，864，865)，電容器(871，872，873，874，875，876，877)和電感器(881，882，883，884，885，886，887)，這些用在偏置電路中的偏置元件為被動(dòng)元件。圖8中主動(dòng)器件和被動(dòng)元件只是作為說(shuō)明之用。對(duì)熟悉微波電路的人來(lái)說(shuō)應(yīng)很容易了解而無(wú)需多做描述。我們可以看到用來(lái)制作主動(dòng)器件，即這兩個(gè)高電子遷移率晶體管(840,850)所需的面積相當(dāng)?shù)男　；?10的大部分表面都是由被動(dòng)元件所占用:電阻器，電容器，電感器，傳送線，連線，輸出端口和輸入端口。對(duì)不少實(shí)際的微波集成電路，制作主動(dòng)器件高電子遷移率晶體管所需的面積大概不大于5%，大概只有2%。上述的無(wú)源器件或被動(dòng)元件并不需要復(fù)合氮化物外延層所提供的電功能。
[0058]因此，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)用來(lái)放大微波或毫米波的微波集成電路及用來(lái)調(diào)制高功率的電路，有一基座810，有四個(gè)邊(811，812，813，814)，一個(gè)輸入端口 820，一個(gè)輸出端口830，一個(gè)第一級(jí)的高電子遷移率晶體管840 (LNA MMIC)制造在一個(gè)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)841近中央的位置，一個(gè)第二級(jí)的高電子遷移率晶體管850，制造在一個(gè)第二復(fù)合氮化物外延層區(qū)851近中央的位置。有偏置元件用的無(wú)源元件，含有電阻器(861，862，863，864，865)，電容器(871,872,873,874,875,876,877)和電感器(881，882，883，884，885，886，887)，傳送線連接輸入端口 820，通過(guò)第一級(jí)的高電子遷移率晶體管840，然后通過(guò)第二級(jí)的高電子遷移率晶體管850到達(dá)輸出端口 830，以放大或調(diào)節(jié)微波或毫米波信號(hào)，在第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)841及第二復(fù)合氮化物外延層區(qū)851之外的其他復(fù)合氮化物外延層區(qū)被部分或完全蝕刻掉，該其他復(fù)合外延層的蝕刻由一個(gè)干刻方法，例如反應(yīng)離子蝕刻或是電漿蝕刻來(lái)達(dá)成，并可由以濕的化學(xué)蝕刻法來(lái)達(dá)成，以進(jìn)一步減小由于應(yīng)力和應(yīng)變?cè)谕庋訉又挟a(chǎn)生的一些微裂縫或缺陷，并增強(qiáng)該微波集成電路的操作，減小可能引發(fā)微裂縫或缺陷，從而改進(jìn)制造該微波集成電路時(shí)所用的光刻步驟的成功率。對(duì)熟悉微波電路的人來(lái)說(shuō)應(yīng)很容易了解在該微波集成電路中可能加上一個(gè)第三級(jí)的高電子遷移率晶體管或更多級(jí)的高電子遷移率晶體管以達(dá)到所需的放大或調(diào)節(jié)功能。
[0059]為了增加高電荷遷移率晶體管及其所制成的微波集成電路和交換電路的速度和穩(wěn)定性，在高電荷遷移率晶體管及其所在的第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)841，第二復(fù)合氮化物外延層區(qū)851的表面沉積一層保護(hù)層，保護(hù)層的材料可以是氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氧化鉿，氧化鎂或它們的熔合物。此保護(hù)層的目的是防止操作中過(guò)度的原子擴(kuò)散或氧化，以減低可能產(chǎn)生的表面態(tài)。當(dāng)然，此保護(hù)層最好是沉積在所制成的微波集成電路和交換電路整個(gè)表面上，以達(dá)到更好的保護(hù)作用。
[0060]蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)的復(fù)合外延層以后，基座中的應(yīng)力和應(yīng)變減小，變形也減少而有利于電路制造步驟中光刻的臨界線寬均勻性。然而蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)的復(fù)合外延層以后，復(fù)合外延層中相鄰子層之間的應(yīng)力和應(yīng)變也會(huì)受到影響。
[0061]回到圖4c所給出的一個(gè)取自圖4b的高電子遷移率晶體管440沿A_A’線的一個(gè)截面圖，此處復(fù)合外延層區(qū)442，至少有四個(gè)子層，一個(gè)外延緩沖層442B來(lái)達(dá)成附著和晶格的松弛，一個(gè)導(dǎo)電的通道層442C，一個(gè)肖特基層442S，一個(gè)源極歐姆接觸層4420MS及一個(gè)漏極歐姆接觸層4420MD。該緩沖層442B可以是多層的氮化鋁或氮化鎵鋁，該導(dǎo)電通道層442C的材料可以是氮化鎵或氮化鎵銦，該肖特基層442S材料可以是氮化鎵鋁，而該源極歐姆接觸層4420MS和漏極歐姆接觸層4420MD的材料可以是高摻雜的氮化鎵或氮化鎵銦。如前所述，在此復(fù)合外延層區(qū)，張應(yīng)力會(huì)引發(fā)到氮化鎵鋁的肖特基層442S層中，導(dǎo)致在氮化鎵鋁層中的電荷極化。正的極化電荷會(huì)被引發(fā)到氮化鎵鋁面對(duì)氮化鎵外延層那一面，負(fù)的極化電荷被引發(fā)到遠(yuǎn)離氮化鎵的外延層表面。在氮化鎵鋁肖特基層442S中正的極化電荷將在該導(dǎo)電通道層442C中感應(yīng)同數(shù)量的負(fù)自由電荷，形成一個(gè)自由電荷層，并作為所將制造的晶體管的通道層。如上所述，對(duì)一個(gè)II1-氮化物高電子遷移率晶體管來(lái)說(shuō)，在氮化鎵鋁層中引發(fā)的應(yīng)力對(duì)晶體管的操作是必不可少的。然而，在蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)的復(fù)合外延層以后，引發(fā)到氮化鎵鋁的肖特基層442S層中張應(yīng)力和應(yīng)變會(huì)減小，復(fù)合外延層中相鄰子層之間的應(yīng)力和應(yīng)變也會(huì)受到影響。使得在氮化鎵鋁肖特基層442S中引發(fā)的正的極化電荷減小，此時(shí)，感應(yīng)到氮化鎵導(dǎo)電通道層442C中負(fù)自由電荷數(shù)量也會(huì)減小，在此復(fù)合外延層所制作的高電子遷移率晶體管，會(huì)有不同的電子特性從而影響該用來(lái)放大微波或毫米波的微波集成電路及用來(lái)調(diào)制高功率的電路。
[0062]避免或減小因蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)對(duì)高電子遷移率晶體管的影響:為了避免或減小因蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)對(duì)高電子遷移率晶體管用在微波或毫米波的微波集成電路及用來(lái)調(diào)制高功率的電路產(chǎn)生的影響，根據(jù)本發(fā)明，一個(gè)高電子遷移率晶體管900如圖9a所示，可為圖8中所示的840或850，有一基座910，有四個(gè)基座邊緣(911，912，913，914)，一個(gè)第一高電子遷移率晶體管的第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)920，有四個(gè)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)邊緣(921，922，923，924)，控制該基座四個(gè)基座邊緣(911，912，913，914)與對(duì)應(yīng)第一復(fù)合氮化物外延層區(qū)邊緣(921，922，923，924)距離(921D，922D，923D，924D)至少為100微米或最好為150微米，以避免因蝕刻影像場(chǎng)的分界區(qū)和切割區(qū)使得邊緣的復(fù)合氮化物外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變下降對(duì)所成高電子遷移率晶體管中通道電荷密度的影響，從而影響到所制成的微波集成電路及用來(lái)調(diào)制高功率的電路。圖9a中，945為高電子遷移率晶體管900的柵極，945L和945W分別給出柵極長(zhǎng)度和寬度。晶體管900的源極和漏極分別為943和944。圖9a中946為通道區(qū)，946L為通道區(qū)長(zhǎng)度，946W為通道區(qū)寬度。高電子遷移率晶體管900的截面圖在圖9b中給出。
【權(quán)利要求】
1.一個(gè)去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，所述電路制造在一個(gè)晶圓或基座上，該晶圓或基座上有至少一個(gè)X軸向影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)和至少一個(gè)Y軸影像場(chǎng)分界區(qū)或切割區(qū)，定出至少四個(gè)影像場(chǎng)，該影像分界區(qū)或切割區(qū)介于相鄰的影像場(chǎng)之間，并成為影像場(chǎng)邊緣；每一個(gè)影像場(chǎng)上至少有一個(gè)覆蓋了復(fù)合外延層的復(fù)合外延層區(qū)，每一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)長(zhǎng)度，一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)寬度，定義四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣，該復(fù)合外延層至少有一個(gè)緩沖層，一個(gè)導(dǎo)電通道層、一個(gè)肖特基層和一個(gè)歐姆接觸層，一個(gè)源極層，一個(gè)漏極層；每個(gè)影像場(chǎng)上有至少一個(gè)在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管，該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極，一個(gè)源極和一個(gè)由一個(gè)第一柵極頭部和一個(gè)第一柵極根部組成的第一柵極，在該復(fù)合外延層區(qū)外的基座上有至少一個(gè)電阻器，至少一個(gè)電容器，至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)信號(hào)輸入端口，至少一個(gè)信號(hào)輸出端口，其特征在于:該X軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及Y軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料的一部或全部被去除，以釋放其感應(yīng)到該晶圓或基座上部分的應(yīng)力或應(yīng)變，以減小該基座的變形，從而達(dá)到便于制造時(shí)的光刻步驟，并達(dá)成該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管中圖像臨界線寬的均勻性，其電特性和電路的穩(wěn)定性及可靠性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述晶圓或基座的材料由硅，碳化硅，藍(lán)寶石和砷化鎵基座或襯底中選出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述復(fù)合外延層的材料選自下述材料組:氮化鋁，氮化鎵，氮化銦，氮化鎵鋁，氮化鎵銦，氮化銦鋁，及其合金或熔合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述復(fù)合外延層的材料選自下述材料組:砷化鋁，砷化鎵，砷化銦，砷化鎵鋁，砷化鎵銦，砷化銦鋁，及其合金或熔合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管的柵極根部底層材料選自鎳鉻合金NixCivx或鎳鎢合金NiyWpy，其中x〈0.4,y<0.3，以增強(qiáng)對(duì)該復(fù)合外延層的附著力并減小已吸附和擴(kuò)散到復(fù)合外延通道層中氧或水的分子的作用。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鉬，鈦，鎳，鉭，鎢，金，銅，鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述漏極和源極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鈦，鎳，鉭，鎢，金，銅，鋁。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述肖特基層和柵極之間另加了一個(gè)柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氧化鉿，氧化鎂或它們的熔合物，以降低柵極及源極，和柵極及漏極之間的漏電流，從而增強(qiáng)所制成微波集成電路和交換電路的功能。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述在該高電荷遷移率晶體管及其所制成的微波集成電路和交換電路的表面沉積一層保護(hù)層，該保護(hù)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，或氮氧化硅，以保護(hù)器件，電路并減小操作中的原子擴(kuò)散或氧化，減低可能產(chǎn)生的表面態(tài)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極根部長(zhǎng)度小于一微米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極根部長(zhǎng)度小于250納米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的肖特基層中蝕刻一肖特基層凹槽，第一柵極根部材料的全部或一部沉積到該肖特基層凹槽中，以起到該高電荷遷移率晶體管達(dá)到加強(qiáng)穩(wěn)定性和操作的可靠性。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基`于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:去除在X軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)及y軸向的影像場(chǎng)的分界區(qū)或切割區(qū)中的基座表面材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:保持所述影像場(chǎng)邊緣與復(fù)合外延層區(qū)邊緣的距離到大于100微米，以減小因去除影像場(chǎng)分界區(qū)中材料對(duì)復(fù)合外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變的影響，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的去除了影像場(chǎng)分界區(qū)中復(fù)合外延層材料以改進(jìn)臨界線寬均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:保持所述影像場(chǎng)邊緣與復(fù)合外延層區(qū)邊緣的距離到大于150微米，以減小因去除影像場(chǎng)分界區(qū)中材料對(duì)復(fù)合外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變的影響，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。
16.一個(gè)去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，所述的電路制造在一個(gè)晶圓或基座上，該晶圓或基座上有至少四個(gè)影像場(chǎng)，每一影像場(chǎng)中有至少一個(gè)X軸向的電路切割區(qū)及至少一個(gè)y軸向電路切割區(qū)，定出至少四個(gè)電路區(qū)，該電路切割區(qū)介于相鄰的電路區(qū)之間，并成為電路區(qū)邊緣；該電路區(qū)上至少有一個(gè)覆蓋了一個(gè)復(fù)合外延層的復(fù)合外延層區(qū)，每一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)有一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)長(zhǎng)度，一個(gè)復(fù)合外延層區(qū)寬度，定義四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣，該復(fù)合外延層至少有一個(gè)緩沖層，一個(gè)導(dǎo)電通道層、一個(gè)肖特基層和一個(gè)歐姆接觸層，一個(gè)源極層，一個(gè)漏極層，至少一個(gè)在該復(fù)合外延層區(qū)形成的高電子遷移率晶體管，該高電子遷移率晶體管具有一個(gè)漏極，一個(gè)源極和一個(gè)由一個(gè)第一柵極頭部和一個(gè)第一柵極根部組成的第一柵極，在該復(fù)合外延層區(qū)外的基座上有至少一個(gè)電阻器，至少一個(gè)電容器，至少一個(gè)電感器，至少一個(gè)信號(hào)輸入端口，至少一個(gè)信號(hào)輸出端口，其特征在于:該X軸向的電路切割區(qū)及y軸向的電路切割區(qū)中的復(fù)合外延層材料的一部或全部被去除，以釋放其感應(yīng)到該晶圓或基座上部分的應(yīng)力或應(yīng)變，以減小該基座的變形，從而達(dá)到便于制造時(shí)的光刻步驟，并達(dá)成該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管中圖像臨界尺寸的均勻性，其電特性和電路的穩(wěn)定性及可靠性。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的晶圓或基座的材料由硅，碳化硅，藍(lán)寶石和砷化鎵基座或襯底中選出。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的復(fù)合外延層的材料選自下述材料組:氮化鋁，氮化鎵，氮化銦，氮化鎵鋁,氮化鎵銦,氮化銦鋁,及其合金或熔合物。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的復(fù)合外延層的材料選自下述材料組:砷化鋁，砷化鎵，砷化銦，砷化鎵鋁，砷化鎵銦，砷化銦鋁，及其合金或熔合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述該高電子遷移率晶體管的柵極根部底層材料選自鎳鉻合金NixCivx或鎳鎢合金NiyWpy，其中x〈0.4, y〈0.3，以增強(qiáng)對(duì)該復(fù)合外延通道層的附著力并減小已吸附和擴(kuò)散到復(fù)合外延通道層中氧或水的分子的作用。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鉬，鈦，鎳，鉭，鎢，金，銅，招。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所 述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的漏極和源極柵為多層金屬，其材料可選自下列材料組:鈦，鎳，組，鶴，金，銅，招。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的肖特基層和柵極之間另加了一個(gè)柵極介質(zhì)層，該柵極介質(zhì)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，氮氧化硅，氧化鉿，氧化鎂或它們的熔合物，以降低柵極及源極，和柵極及漏極之間的漏電流，從而增強(qiáng)所制成微波集成電路和交換電路的功能。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:在所述的高電荷遷移率晶體管及其所制成的微波集成電路和交換電路的表面沉積一層保護(hù)層，該保護(hù)層的材料可以選自:氮化硅，氧化硅，或氮氧化硅，以保護(hù)器件，電路并減小操作中的原子擴(kuò)散或氧化，減低可能產(chǎn)生的表面態(tài)。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極根部長(zhǎng)度小于一微米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:所述的柵極根部長(zhǎng)度小于250納米，柵極根部高度不小于100納米，以減小柵極及源極和柵極及漏極之間的電容，以提高該高電荷遷移率晶體管及所制成微波集成電路和交換電路的速度和功能。
27.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:在所述的肖特基層中蝕刻一肖特基層凹槽，第一柵極根部材料的全部或一部沉積到該肖特基層凹槽中，以起到該高電荷遷移率晶體管達(dá)到加強(qiáng)穩(wěn)定性和操作的可靠性。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:去除在所述的X`軸向電路切割區(qū)及y軸向電路切割區(qū)中的基座表面材料。
29.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:保持所述的四個(gè)電路區(qū)邊緣與四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣的距離到大于100微米，以減小因去除電路切割區(qū)中材料對(duì)復(fù)合外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變的影響，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。
30.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:保持所述的四個(gè)基座邊緣與四個(gè)復(fù)合外延層區(qū)邊緣或切割區(qū)邊緣的距離到大于150微米，以減小因去除電路切割區(qū)中材料對(duì)復(fù)合外延層區(qū)中應(yīng)力或應(yīng)變的影響，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體管的電特性和電路的可靠性。
31.根據(jù)權(quán)利要求16所述的去除了電路切割區(qū)中復(fù)合外延層材料以減小變形量而改進(jìn)臨界尺寸均勻性及減少通道中缺陷，并基于高電子遷移率晶體管的交換電路及微波集成電路，其特征在于:把所述的基座上高電子遷移率晶體管外的復(fù)合外延層去除，以進(jìn)一步減小該高電子遷移率晶體管外延層區(qū)中的應(yīng)力或應(yīng)變，以維持該交換電路及微波集成電路和高電子遷移率晶體 管的電特性和電路的可靠性。
【文檔編號(hào)】H01L29/778GK103824854SQ201410062264
【公開(kāi)日】2014年5月28日 申請(qǐng)日期:2014年2月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月22日
【發(fā)明者】石以瑄, 邱樹農(nóng), 吳杰欣, 邱星星, 石宇琦 申請(qǐng)人:石以瑄, 邱樹農(nóng), 邱星星, 石宇琦