CN101017781A - 异质结双极晶体管t型发射极金属图形制作方法的改进 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件及集成电路制造工艺中化合物半导体异质结双极晶体管的发射极/基极金属图形自对准的制作方法。采用包括等离子体辅助化学气相沉积、光刻机、刻蚀机、金属蒸发设备和浸泡剥离设备，其特点是先在化合物半导体外延片的表面淀积SiO2/Si3N4两层介质层，再在其上涂负性光刻胶；然后在负性光刻胶上光刻出发射极窗口图形，再用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀设备将发射极窗口图形处的介质层刻蚀掉，然后用等离子体刻蚀将负性光刻胶窗口适当扩大，继而通过蒸发制备发射极所需金属，再经浸泡剥离，从而获得T型发射极金属图形。适用于多种金属实现发射极/基极金属图形自对准，使发射区和基区面积大为缩小。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及集成电路制造工艺中化合物半导体异质结双极晶体管的发射极/基极金属图形自对准的制作方法。
背景技术
用砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)半导体材料制作的异质结双极晶体管(以下简称HBT)广泛应用于移动、光纤通讯等高频、低功耗等领域中。特别是这类器件中的T型发射极金属自对准的HBT，因为具有可缩小其发射区和基区的面积、降低基区电阻的特点，因而可提高HBT的频率特性。制作这类器件的技术关键之一是其发射极特别是T型发射极金属图形的制作方法。现有技术制作HBT的T型发射极金属图形的方法主要有常规套刻法、湿法侧向腐蚀法、等离子体刻蚀双层金属法等方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的化合物半导体异质结双极晶体管的发射极/基极金属图形自对准的制作方法。制作HBT的T型发射极金属图形使发射极与基极得以自对准，其发射区和基区面积大为缩小，降低基区串联电阻提高工作频率，并且本发明方法图形尺寸更容易控制，工艺的一致性和重复性更好。
一种化合物半导体异质结双极晶体管发射极/基极金属图形自对准的制作方法，采用包括等离子体辅助化学气相沉积、光刻机、刻蚀机、金属蒸发设备和浸泡剥离设备，其特点是先在化合物半导体外延片的表面淀积SiO2/Si3N4两层介质层，再在其上涂负性光刻胶；然后在负性光刻胶上光刻出发射极窗口图形，再用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀设备将发射极窗口图形处的介质层刻蚀掉，然后用等离子体刻蚀将负性光刻胶窗口适当扩大，继而通过蒸发制备发射极所需金属，再经浸泡剥离，从而获得T型发射极金属图形。
本发明方法中主要关键工艺步骤如下：
第1步：淀积
在HBT外延片表面淀积一层氮化硅介质层(Si3N4)，再在其上淀积一层二氧化硅介质层(SiO2)，介质层的厚度须视发射极所需金属层厚度而定；两层介质层作为牺牲层；
第2步：光刻
(1)涂胶，在SiO2/Si3N4介质层表面涂负性光刻胶如AZ5214形成光刻胶层，其厚度及浓度则须视发射极图形尺寸而定；
(2)光刻曝光：采用具有G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机，用与所需发射极窗口相同图形的掩膜进行光刻曝光；
(3)图形反转处理；
(4)泛曝光：无掩膜泛曝光处理；
(5)显影：采用与负性光刻胶配套的显影液显影，生成所需发射极窗口图形；
第3步：图形转移
在反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀机中进行，先采用CHF3气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的SiO2介质层，将发射极窗口的图形转移到Si3N4介质层上，最后采用CF4气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的Si3N4介质层，将发射极窗口的图形再转移到发射极帽层表面，这里采用CF4气体是为了保证刻蚀Si3N4介质层后所得窗口线条陡直性；
第4步：扩大窗口
在反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀机中进行，通入氧气，气压约1Pa，功率密度为0.1-0.2/cm2，将发射极窗口扩大；
第5步：蒸发-浸泡及剥离-除去发射极金属周围介质-腐蚀发射区帽层和发射区-蒸发基区金属
(1)采用蒸发设备蒸发发射极金属；
(2)将已蒸发发射极金属的外延片浸泡入丙酮中若干时间，剥离后获得T型发射极金属图形；
(3)利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀技术，先仍采用CHF3气体，将发射极金属周围的SiO2介质层刻蚀干净，最后不采用CF4气体而改采用SF6气体，将SiO2介质层下面的Si3N4介质层刻蚀干净直至露出发射极帽层表面，这样做是利用了SF6气体对于Si3N4介质层有很明显的侧向钻蚀效应，为BE结自对准的实现打下了更好的基础；
(4)腐蚀发射区帽层和发射区：以T型发射极金属为掩模，腐蚀出发射极台面；
(5)蒸发基区金属：露出基区后采用蒸发设备蒸发基区金属，形成发射极与基极金属自对准结构。
所述的化合物半导体异质结双极晶体管的发射极/基极金属图形自对准的制作方法，其特征是：
(1)在淀积工序中，淀积SiO2/Si3N4上下两层介质层而不是“一层光刻胶+一层介质”或者“双层光刻胶”、且SiO2、Si3N4介质层的厚度均为60nm；
(2)在图形转移工艺中，采用CF4气体刻蚀Si3N4介质层将发射极窗口的图形再转移到发射极帽层表面，以保证刻蚀所得窗口线条陡直性；
(3)在除去发射极金属周围介质工艺中，不采用CF4气体而改采用SF6气体刻蚀Si3N4介质层，这是利用SF6气体对于Si3N4介质层有很明显的侧向钻蚀效应。
在本发明技术方案的制作方法中，在其第1步的淀积工序中，SiO2、Si3N4介质层的厚度均为60nm；在其第2步的光刻工序中，所涂负性光刻胶层AZ5214的厚度为1.0μm，涂胶后的烘烤温度为95℃，时间约为90秒；当进行图形反转处理时，曝光后的烘烤温度为115-120℃，时间约为90秒。
用本发明方法的技术方案按步骤制出发射极金属图形后，再经其它相关工序，就可以制成T型发射极/基极自对准的HBT器件。如图1所示，在完成了HBT发射极合金金属的蒸发-浸泡-剥离之后，利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀技术除去发射极金属周围介质，再进行自对准发射极台面腐蚀，使其露出基区外延层，然后蒸发基区金属。由于有T型发射极金属存在，在发射极周边，基区金属与T型发射极上的基区金属自动分离，达到了HBT器件T型发射极/基极自对准的目的。
本发明方法有如下显著的优点：
(1)用于HBT器件制作，形成的T型发射极可以实现发射极基极金属图形自对准，从而缩小发射极结和基区结面积，减小两结的电容和串联电阻，最终提高晶体管的频率特性。
(2)本发明方法图形尺寸更容易控制，工艺的一致性和重复性更好。
本发明不受化合物半导体外延片表面的晶向对自对准技术要求的限制，适用于多种金属实现发射极/基极金属图形自对准，使发射区和基区面积大为缩小，器件频率特性提高，本发明方法图形尺寸更容易控制，工艺的一致性和重复性更好。
附图说明
图1a-f为本发明方法技术方案制作T型发射极金属图形几个主要步骤的示意图。
图2是本发明的方法制出的T型发射极金属图形剖面的扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
以下详细说明本发明方法的实施例。
图1，包括图1-a至图1-f为本发明方法技术方案制作T型发射极金属图形几个主要步骤的示意图，其中：图1-a为淀积介质及涂胶，图1-b为光刻发射极金属图形，图1-c为刻蚀介质，图1-d为扩大发射极图形窗口，图1-e为蒸发发射极金属，图1-f为剥离并刻蚀介质后的剖面示意图。
实施例.用化合物半导体材料GaAs或InP制造HBT型发射极/基极金属图形自对准的制作方法。按以下步骤/工序进行：
(1)淀积：在半导体材料GaAs或InP外延片表面淀积SiO2/Si3N4介质层作为牺牲层，其总厚度为1200左右。
(2)涂胶：在介质层表面涂负性光刻胶AZ5214，厚度约为1.0μm，在温度90℃下烘烤90秒，形成光刻胶层。
(3)光刻曝光：在具有G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机上进行，用阳版掩模进行曝光。
(4)图形反转处理：光刻胶层AZ5214，在120℃热板上烘烤约90秒。
(5)泛曝光：在紫外光下进行无掩模曝光，曝光时间以能显影干净窗口中的光刻胶为准。
(6)显影：采用与负性光刻胶配套的显影液显影，生成所需发射极窗口图形。
(7)等离子体刻蚀—图形转移：在反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀机中进行，先采用CHF3气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的SiO2介质层，将发射极窗口的图形转移到Si3N4介质层上，最后采用CF4气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的Si3N4介质层，将发射极窗口的图形再转移到发射极帽层表面。
(8)氧等离子体刻蚀—扩大窗口：在等离子刻蚀机中进行，通入氧气，气压约1Pa，功率密度为0.1-0.2W/cm2，时间4分钟，将发射极窗口扩大，获得窗口图形。
(9)蒸发发射极金属：在蒸发设备上进行。
(10)剥离：将蒸发后的外延片浸泡入丙酮中若干时间，然后施加轻微超声处理即可完成剥离，获得所需发射极金属图形。
(11)除去发射极金属周围介质：利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀技术，先仍采用CHF3气体，将发射极金属周围的SiO2介质层刻蚀干净，最后不采用CF4气体而改采用SF6气体，将SiO2介质层下面的Si3N4介质层刻蚀干净直至露出发射极帽层表面，这样做是利用了SF6气体对于Si3N4介质层有很明显的侧向钻蚀效应，为BE结自对准的实现打下了更好的基础。
(12)腐蚀发射区帽层和发射区：以T型发射极金属为掩模，腐蚀出发射极台面。
(13)蒸发基区金属：露出基区后采用蒸发设备垂直蒸发基区金属，形成发射极与基极金属自对准结构。
图2是本发明的方法制出的T型发射极金属图形剖面的扫描电子显微镜照片。
Claims (3)
1.一种化合物半导体异质结双极晶体管发射极/基极金属图形自对准的制作方法，采用包括等离子体辅助化学气相沉积、光刻机、刻蚀机、金属蒸发设备和浸泡剥离设备，其特点是先在化合物半导体外延片的表面淀积SiO2/Si3N4两层介质层，再在其上涂负性光刻胶；然后在负性光刻胶上光刻出发射极窗口图形，再用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀设备将发射极窗口图形处的介质层刻蚀掉，然后用等离子体刻蚀将负性光刻胶窗口适当扩大，继而通过蒸发制备发射极所需金属，再经浸泡剥离，从而获得T型发射极金属图形。
2.按照权利要求1所述的化合物半导体异质结双极晶体管发射极/基极金属图形自对准的制作方法，其特征是，先在化合物半导体外延片的表面淀积SiO2/Si3N4两层介质层，然后在其上涂负性光刻胶，该方法包括如下主要步骤：
第1步：淀积
在HBT外延片表面淀积SiO2/Si3N4两层介质层作为牺牲层；
第2步：光刻
(1)涂胶：在SiO2/Si3N4介质层表面涂负性光刻胶如AZ5214；
(2)光刻曝光：采用具有G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机，用掩模按所需发射极窗口图形进行光刻曝光；
(3)图形反转处理：负性光刻胶只要在约120℃热板上烘烤约90秒即可；
(4)泛曝光：进行无掩模泛曝光处理；
(5)显影：采用与负性光刻胶配套的显影液显影，生成所需发射极窗口图形；
第3步：图形转移
在反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀机中进行，先采用CHF3气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的SiO2介质层，将发射极窗口的图形转移到Si3N4介质层上，最后采用CF4气体刻蚀干净发射极窗口图形处裸露的Si3N4介质层，将发射极窗口的图形再转移到发射极帽层表面，这里采用CF4气体是为了保证刻蚀所得窗口线条陡直性；
第4步：扩大窗口
采用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀设备，通入氧气，气压约1Pa，功率密度为0.1-0.2/cm2，将发射极窗口扩大；
第5步：蒸发-浸泡及剥离-除去发射极金属周围介质-腐蚀发射区帽层和发射区-蒸发基区金属
(1)采用蒸发设备蒸发发射极金属；
(2)将已蒸发发射极金属的外延片浸泡入丙酮中若干时间，剥离后获得T型发射极金属图形；
(3)利用反应离子刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀技术，先仍采用CHF3气体，将发射极金属周围的SiO2介质层刻蚀干净，最后不采用CF4气体而改采用SF6气体，将SiO2介质层下面的Si3N4介质层刻蚀干净直至露出发射极帽层表面，这样做是利用了SF6气体对于Si3N4介质层有很明显的侧向钻蚀效应，为BE结自对准的实现打下了更好的基础；
(4)腐蚀发射区帽层和发射区：以T型发射极金属为掩模，腐蚀出发射极台面；
(5)蒸发基区金属：露出基区后采用蒸发设备蒸发基区金属，形成发射极与基极金属自对准结构。
3.按照权利要求2所述的化合物半导体异质结双极晶体管的发射极/基极金属图形自对准的制作方法，其特征是：
(1)在淀积工序中，淀积SiO2/Si3N4上下两层介质层而不是“一层光刻胶+一层介质”或者“双层光刻胶”、且SiO2、Si3N4介质层的厚度均为60nm；
(2)在图形转移工艺中，采用CF4气体刻蚀Si3N4介质层将发射极窗口的图形再转移到发射极帽层表面，以保证刻蚀所得窗口线条陡直性；
(3)在除去发射极金属周围介质工艺中，不采用CF4气体而改采用SF6气体刻蚀Si3N4介质层，这是利用SF6气体对于Si3N4介质层有很明显的侧向钻蚀效应。
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2006
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