CN100349264C - GaN基化合物材料上原位淀积高介电常数Al2O3和金属膜的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基化合物材料上原位淀积高介电常数Al₂O₃和金属膜的方法。采用电子束真空蒸发、在GaN基化合物材料上用4N以上高纯度Al₂O₃颗粒和高纯金属膜作蒸发源，其工艺过程是：先清洗片子和光刻蒸发窗口；然后将片子装入电子束蒸发台的反应室中，室温下先蒸发Al₂O₃薄膜，后蒸发金属膜，或先蒸发金属膜，后蒸发Al₂O₃；蒸发时抽真空在1.8×10^-3Pa以上，用氩离子轰击基片；最后，设定Al₂O₃和待蒸发金属的密度和系数，将电子束高压置10kv，电子束电流根据所蒸发材料的要求加上不同的值，待膜厚达到预定值后，迅速将电流减为0，取出片子进行剥离。本发明具有使用设备少、成本低、环境污染少，工艺简单、生成膜质量好、可用于GaN基微电子器件和IC的批量生产。

Description

GaN基化合物材料上原位淀积高介电常数Al2O3和金属膜的方法

技术领域

本发明属于微电子技术领域，涉及化合物材料器件制造中的工艺处理，具体地说是一种在GaN基上原位淀积高介电常数Al₂O₃和金属膜的新方法。

背景技术

随着通信和国防现代化对高速化的要求，半导体器件的尺寸不断缩小，带来了栅氧化层的厚度也必须相应减少。然而，当栅氧化层的厚度小于2nm时，将会引起显著的量子隧穿效应，导致严重影响器件性能的栅泄漏电流。在同样的栅介质等效厚度不变的情况下，如果采用高介电常数的材料代替SiO₂作为栅介质，能够显著的减小直接隧穿引起的栅泄电流。

在目前研究的众多高介电常数，即高κ材料中，Al₂O₃具有禁带宽度较大、与半导体材料接触的势垒较高、有良好的热稳定性并能在较高的温度下保持非晶态等特性，因而成为当前人们重点研究的高K介质材料之一。

此外，Al₂O₃薄膜还具有以下几个重要性质：

(1)，抗辐射能力强，对要求耐辐照的宇航用器件，采用Al₂O₃做钝化膜，有最佳的抗核辐照效果。

(2)，金属钠离子(Na⁺)在Al₂O₃薄膜中的迁移率较低，因此，Al₂O₃对钠离子有较好的阻挡作用，有利于提高器件的稳定性和可靠性。

(3)，具有较强的抗化学腐蚀能力。

(4)，存在负电荷效应，这种效应有助于改善和提高表面器件的性能。

现在用GaN基化合物材料制作的器件和集成电路IC，如异质结双基晶体管HBT、高电子迁移率晶体管HEMT等无论在使用频率、功率、抗宇宙核辐射等方面均比硅基Si材料要高出几个数量级。特别是在高温300-600℃、高输出功率，密度已达13.5W/mm、短波长，即紫外和深紫外固态光器件、微波等方面都有着极大的诱人的特点。因此，在无线通信、光电通信、移动通信，特别在军用雷达等方面，均成为当前社会发展的热点。

近几年来，国内GaN基半导体技术已开始起步并以惊人的速度迅猛发展。在HBT、HEMT以及用他们集成的微波IC、在制造过程中都需要高k介质三氧化二铝(Al₂O₃)作为钝化层和绝缘栅的栅介质。

目前，关于高κ介质Al₂O₃的制备技术研究也有很多，通常采用的方法有：等平面阳极氧化、化学气相淀积、直流反应溅射、高频(射频)磁控溅射、等离子体阳极氧化等等。在众多的方法中，因膜的质量、设备的复杂程度、工艺控制的难于掌握等因素，人们经常使用的是阳极氧化和直流反应溅射。

1，阳极氧化生成Al₂O₃的机理和特点：

反应机理：阳极氧化是以待氧化的金属铝(Al)，在相应的电解液中作为阳极，用铂(Pt)金作阴极，电解液中的酸和醇经过一定时间反应后，生成一定数量的复合酯，在电极上加上合适的直流电压和电流时，在电场作用下，能释放出氧离子和氢离子，然后H⁺在阴极还原成氢气逸出，氧离子在阳极处使金属铝氧化成Al₂O₃。这个过程可用下面简单的反应式来说明：

2Al¹³⁺+3O^2-—Al₂O₃

阳极氧化使用的电解液典型的有两种：

第一种：含有腐蚀铝的酸存在，形成有孔Al₂O₃；

乙醇∶丙三醇∶乙二醇∶磷酸

20％∶20％∶30％∶30％(体积比)

第二种：不含有腐蚀铝的酸，形成大孔三氧化二铝(Al₂O₃)其重量比为；

柠檬酸∶H₂O∶乙醇

5％∶47.5％∶47.5％(

具体工艺为：

①清洗片子、去除表面氧化层，采用真空蒸法，淀积Al膜，要求Al层厚度要均匀，结构致密，无白雾状(即无氧化斑)，Al层与基片沾附性好。然后，按常规工艺进行光刻，坚膜温度180℃：时间：60分；冷却后开始进行阳极氧化。

②有孔阳极氧化工艺：

恒温：65℃；恒流；恒压。电流一般置于20-60mA，电压一般置于100V，在恒定的电流下加到电压的给定值，在给定的电压下，电流已下降到一个最小值后，氧化结束，全过程一般用10-20分钟。

③无孔阳极氧化工艺：

仍然采用恒温、恒流、恒压、定时法、等速率(每秒1V)将电压加至给定的200V，最大电流为50-60mA，最后降至10-20mA，厚度约2500-3000

阳极氧化方法设备简单，阳极氧化的Al₂O₃抗Na⁺能力比SiO₂高两个数量级，因而很长时间内它是生成Al₂O₃的主要方法，但存在以下不足：

1)该法不能形成量产；

2)生成的Al₂O₃膜厚度不能精确控制；

3)片中各部分的厚度均匀性、片间厚度重复性均差；

4)阳极氧化生成的Al₂O₃最大的问题是：它的组成在厚度上是不均匀的。靠铝一边是富Al⁺³离子的膜，而靠电解液一边的是富氧离子的膜，中间才是绝缘的Al₂O₃层，因此薄膜表现为PIN结构，使它具备了整流特性，这在应用时是十分不利的。

正因为阳极氧化有许多问题和不足，又不能纳入量产，所以人们采用了直流反应溅射的方法。

2.直流反应溅射Al₂O₃的机理和特点：

所谓溅射工艺是指向真空系统中充入少量所需气体(氩、氧等)，气体在强电作用下电离产生辉光放电，大量带正电荷的离子受电场加速而形成高能量的离子流，它们撞击在阴极表面(溅射靶材)，使靶的原子飞溅出来，以自由原子形式或以此与反应性气体分子形成氧化物的形式淀积到衬底上形成薄膜，该过程就称作溅射。

直流反应溅射又称阴极溅射，淀积Al₂O₃时，以高纯铝板作阴极，基片接阳极，充入室内的高纯氩、氧气作为溅射和反应气体，在直流高压作用下，气体电离产生带正电的氩、氧离子，轰击阴极铝板，被轰击出来的铝原子在下落过程中与氧作用，生成Al₂O₃淀积到基片上或铝原子降落到基片上被氧化生成Al₂O₃。

具体工艺是：

先将反应室内真空抽到2.25×10^-5托(1.3×10^-3Pa)以上，然后按上述比例连续向真空室内充入Ar∶O₂＝1∶2(体积比)气体，使压力保持在10^-2托左右。

两极板间加上溅射电压：5KV；

加上溅射电流：40mA左右；

淀积速率：20/min

淀积1000的Al₂O₃需要50分钟，可见耗时太多、效率太低。

直流反应溅射的优点是：设备没有射频溅射的复杂，虽耗时多，但每次装入片子多，可用于量产。溅射的Al₂O₃有负电荷效应，有一定的抗辐照、抗Na⁺沾污及抗腐蚀能力，作为器件表面钝化膜是十分有利的。

但每次溅射时间很长(淀积1000的Al₂O₃需要50-60分钟)，用于量产时间太长。同时Al₂O₃是由溅射出的Al被氧化才形成，膜质量受溅射工艺，气体种类、纯度、组分比等影响，同时反应室内真空度的高低也严重影响它的速率，因而给优化工艺带来难度。

在器件和IC的制造中，不仅需要高κAl₂O₃膜同时还需要多种金属膜，用作内部电极的欧姆接触和IC中元件的连结。化合物材料器件中金属膜往往需要二层以上的多层金属的复合膜，而且对膜的组分和膜厚精度要求高，其中还使用一些高熔点金属。要解决这些问题需要使用电子束(EB)蒸发和溅射的方法，而现行工艺中大量使用的是EB蒸发。

3，EB蒸发制作金属膜的工作原理及工艺：

被高压加速并聚焦的电子束，由于高速运动而有极大的动能，并且能量很集中。当电子束轰击在真空中蒸发源表面时，电子束的动能几乎完全转化为热能，瞬间产生3000多度的高温，足以使蒸发源熔化，并蒸发到基片上淀积成薄膜，因产生的温度很高，许多难熔金属如铂(Pt)、钽(Ta)、钨(W)等都可以用EB蒸发的方法来形成金属薄膜，同时还能蒸发氧化物。

EB蒸发装置由反应室，真空系统，蒸发源容器(坩埚)，衬底加热系统，电子束产生系统(电子枪)等主要部分组成。真空系统为反应室提供一定的真空环境，真空度越高，反应室内气体分子越少，电子束能量就不易被衰减，蒸发材料也不易被氧化。为了蒸发多种材料坩埚可设置成4个或5个，装入不同的材料，淀积时更换位置就可得到不同的金属膜。

加热蒸发源的热能是电子束产生的，所以产生电子束的电子枪、是电子束蒸发台好坏的关键所在，电子枪，现多采用偏转电子枪，它具有功率大、蒸发速率快、工作稳定可靠，能完全吸收高能辐射电子以及灯丝工作寿命长等特点。

电子束蒸发在蒸发时不需直接加热坩埚，这样就可以通水冷却坩埚，避免了坩埚材料对膜料的沾污，所以电子束EB蒸发被广泛应用，成为目前半导体产业中量産型金属膜形成的主流方法。

在GaN基化合物材料HEMT和HBT的制造中有两种必用的工艺：

第1种工艺是：先生成高κ Al₂O₃再生成金属膜，如图1所示。其常规工艺过程如下：

第一步，清洗片子；

第二步，将清洗后的片子放入直流反应溅射设备的反应室中进行Al₂O₃溅射、

第三步，对蒸发的片子进行光刻；

第四步，用等离子刻蚀机对Al₂O₃进行干法刻蚀；

第五步，对刻蚀后Al₂O₃，进行有机和化学清洗；

第六步，对清洗完毕的片子再进行光刻；

第七步，将光刻过的片子，再装入电子束EB蒸发台中，进行金属膜的蒸发；

第八步，用丙酮对金属膜进行剥离。

第2种工艺是：先生成金属膜再生成Al₂O₃，如图2所示。该常规工艺也分为片子清洗、光刻、淀积金属膜、剥离、清洗、淀积Al₂O₃、光刻、等离子刻蚀Al₂O₃ 8个步骤，该8个步骤也要分别在EB蒸发台、直流反应溅射以及等离子干法刻蚀机三种设备中完成。

上述二种工艺由于需要的工步多，因而工效低、生産成本高，除需一台EB蒸发台外，还需一台几十万元至100多万元的直流反应溅射台、几十万元的等离子刻蚀机等设备，同时由于刻蚀中存在有害气体，不仅对环境造成有害污染，而且，片子在加工过程中8次曝露于大气，对器件的电气特性特别是器件的稳定性和可靠性以及合格率将造成极大的影响；此外用直流反应溅射设备淀积Al₂O₃需用大量的很贵的高纯气体，如高纯Ar等，而且淀积Al₂O₃的均匀性，重复性不太好，淀积速率和膜厚不能直接监测，达不到精确控制的目的。

发明的内容

本发明的目的在于克服上述常规淀积Al₂O₃和金属膜方法的诸多问题，提供一种在GaN基化合物材料上原位淀积高介电常数Al₂O₃和金属膜的方法。

实现本发明目的技术方案是：

在GaN基片上采用4N以上高纯度Al₂O₃颗粒作为蒸发源材料，在EB蒸发台内，用电子束蒸发台一次性先后完成对Al₂O₃膜和金属膜的蒸发淀积，即片子不出蒸发台就可以完成两种膜的淀积，以达到原位加工的目的。其过程如下：

第一步：对GaN基材料的基片进行清洗，并吹干；

第二步：在清洗干净的GaN基片上光刻图形；

第三步：将光刻后的片子装入电子束蒸发台的反应室中，对其抽真空达预定值，用氩离子活化GaN基片表面，分别进行Al₂O₃膜的蒸发和金属膜的蒸发；

第四步，将片子上的Al₂O₃/金属或金属/Al₂O₃进行剥离，留下需要的部分。

上述进行Al₂O₃膜的蒸发工艺条件为：

a.将反应室抽真空为1.8×10^-3Pa以上，

b.用氩离子活化GaN基片表面30sec；

c、将装有Al₂O₃材料的坩埚置待加热位置，置电子枪高压10kv；

d、在膜厚仪上，设定Al₂O₃的密度D和系数Z分别为4.0g/cm³和1；

e、用控制器加蒸发电流10mA，使Al₂O₃局部熔化；

f、以3.5/sec的速率进行蒸发，并在蒸发的过程中对电子抡的束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将蒸发电流速减为0。

上述进行金属膜的蒸发工艺条件为：

a.反应室内真空度维持在1.8×10^-3Pa以上；

b.将装有金属膜材料的坩埚置待加热位置，置电子强高压为10kv；

c.在膜厚仪上，按照不同的金属材料设定其密度D为2.7～21.37、系数Z值为0.245～1.08；

d.用控制器按不同金属材料加蒸发电流30～100mA，使金属熔化；

e.以3-3.5/sec的速率进行蒸发，蒸发时对电子束的束斑进行扫描，待膜厚达到要求后将电子束电流速减为0。

本发明的工艺与上述常规工艺相比，具有如下优点：

(1)本发明是将Al₂O₃经加热后蒸发出Al₂O₃直接淀积到基板表面以形成绝缘膜，减少了影响膜质量的因素，膜仍是Al₂O₃减少了影响膜质量的因素，而直流反应溅射法是在溅射过程中反应生成Al₂O₃淀积到基板表面，所以膜的质量受影响的因素较多。

(2)完成同样的工艺本发明只需要4个工步，比常规工艺少了4个工步，因此节省了时间，提高了工效。

(3)由于本发明淀积Al₂O₃和金属膜，只需一台EB蒸发台即可，而常规淀积Al₂O₃和金属膜，除需一台EB蒸发台外，还需一台几十万元至100多万元的直流反应溅射台和几十万元的等离子刻蚀机，因此，本发明比常规方法极大的节约了开支。

(4)由于本发明少了4个工步，因而就少了4次污染，而且所用原料无毒，减少了对环境的污染。

(5)本发明工艺简单，衬底温度为室温，且膜厚能精确控制，生成的Al₂O₃质量良好。性能指标如下表：

GaN基上原位淀积高介电常数Al₂O₃和金属膜的性能指标表

附图説明

图1为常规Al₂O₃/金属膜的工艺流程图

图2为常规金属膜/Al₂O₃的工艺流程图

图3为本发明Al₂O₃/金属膜的工艺流程图

图4为本发明金属膜/Al₂O₃的工艺流程图

具体实施方式

本发明选用了日本真空公司生产的VPC-1100电子束蒸发台，它附有膜厚测试仪、衬底加热器及4个可移动位置的坩埚，即一次进片，可蒸发4种材料。使用的Al₂O₃蒸发源材料，其纯度达4N以上，粒度为：1-2mm：金属材料的纯度要求达4N-5N，并尽可能使用坩埚套。

实施例l

在GaN片子上、先蒸发Al₂O₃后蒸发金属，该金属采用Ni(镍)和Au(金)，即先Al₂O₃，后Ni/Au，其具体工艺过程为：

第一步：对GaN基材料的基片进行清洗，然后用N2吹干；

第二步：在清洗干净的GaN基片上光刻图形；

第三步：将光刻后的片子装入电子束蒸发台的反应室中，对其抽真空达预定值1.8× 10^-3Pa以上，用氩离子活化GaN基片表面30秒，并按如下条件依次进行Al₂O₃膜和Ni/Au金属膜的蒸发淀积：

(1)按如下工艺条件进行Al₂O₃膜的蒸发：

a、打开蒸发台的电子抡电源，预热后，开高压电压置10kv；

b、将膜厚仪开关置ON，设定好Al₂O₃的密度D和Z系数，即

D：4.0g/cm³    Z：1.00

c、用控制器加电子枪电流，使Al₂O₃的局部熔化，电流一般加到10mA；

d、打开挡板，开始蒸发，在上述电流条件下，蒸发速率可达：3.5/sec；速率和膜厚在膜厚仪上可直接显示；

e、蒸发时对电子抡的束斑要不停的进行扫描。因为Al₂O₃是绝缘物，导热性很差，束斑老停留在一个位置，容易把坩埚打穿，而EB蒸发台上的坩埚是很昂贵的，待膜厚仪上显示膜厚已达到要求后，关掉挡板，将电流速减为0，冷却2分钟后，开始蒸金属；

(2)按如下工艺条件进行Ni金属膜的蒸发

a、反应室内真空度维持在1.8×10^-3Pa以上；

b、电子抡高压仍置10kv；

c、在膜厚仪上，设定Ni的D和Z值：

D：8.85g/cm³    Z：0.331

d、用控制器加电流，使Ni熔化，电流一般加到70mA；

e、打开挡板开始蒸发，在上述电流条件下，蒸发速率可达3/sec；

f、蒸发时和Al₂O₃一样，对电子束的束斑要不停的进行扫描，以改善蒸发源的熔化均匀性。待膜厚达到要求后，关掉挡板，将电流速减为0，冷却2分钟后开始蒸Au；

(3)按如下工艺条件进行Au金属膜的蒸发

a，反应室内真空度维持在1.8×10^-3Pa以上；

b、电子抡高压仍置10kv；

c、在膜厚仪上设定Au的D和Z值，D：19.3g/cm³  Z：0.381；

d、用控制器加电流到80mA，使Au金属熔化；

e、打开挡板开始蒸发，在上述电流条件下，蒸发速率可达3.0/sec；

f、蒸发时对电子束的束斑要不停的进行扫描，待膜厚仪显示膜厚达到要求

后，关掉挡板，将电流速减为0，待淀积到片子上的Al₂O₃/Ni/Au冷却20分钟后取出；

第四步，用丙酮和超声波将蒸发到片子上的Al₂O₃/金属或金属/Al₂O₃进行剥离，留下需要的部分。

实施例2

在GaN基材料上，先蒸发Al₂O₃后蒸发金属，该金属采用Pt(铂)和Au(金)，即先Al₂O₃后Pt/Au，其具体工艺过程为：

第一步：对GaN基材料的基片进行清洗，然后用N₂吹干；

第二步：在清洗干净的GaN基片上光刻图形；

第三步：将光刻后的片子装入电子束蒸发台的反应室中，对其抽真空达预定值1.8×10^-3Pa以上，用氩离子活化GaN基片表面30秒，并按如下条件依次进行Al₂O₃膜和Pt/Au金属膜的蒸发淀积：

(1)进行Al₂O₃膜蒸发的条件：

a、电子束高压仍置10kv；

b、在膜厚仪上设定Al₂O₃的密度D和Z系数，即D：4.0g/cm³  Z：1.00；

c、用控制器加电流到10mA，使Al₂O₃局部熔化；

d、打开挡板在上述电流条件下，以3.5/sec的速率蒸发：

e、蒸发时对电子抡的束斑要不停的进行扫描，待膜厚达到要求后，关掉挡板，将电流速减为0，待片子冷却2分后蒸发金属；

(2)Pt金属膜的蒸发条件

a、电子束高压仍置10kv；

b、在膜厚仪上设定Pt的密度D和Z系数，即D：21.37g/cm³ Z：0.245；

c、加电子枪电流到100mA，使Pt充分熔化；

d、打开挡板开始蒸发，在上述电流条件下，蒸发速率可达3.5/sec；

e、蒸发时，对电子束的束斑要不停的进行扫描，以改善金属熔化的均匀性，使金属膜的质量好，蒸发速率稳定，待膜厚达到要求后，关掉挡板，将电子枪电流速减为0，冷却2分钟后，开始蒸Au；

(3)Au金属膜的蒸发条件

a、电子束高压仍置10kv；

b、在膜厚仪上设定Au的密度D和Z系数，即D：19.3g/cm³  Z：0.381；

c、加电子枪电流到70mA，使Au熔化充分；

d、打开挡板在上述电流条件下，以3.5/sec的速率蒸发；

e、蒸发时和Pt金属一样，对电子束的束斑要不停的进行扫描，待膜厚仪上显示膜厚已达到要求后，关掉挡板，将电流速减为0，待片子冷却20分钟后取出；

第四步，用丙酮和超声波将蒸发到片子上的Al₂O₃/金属或金属/Al₂O₃进行剥离，留下需要的部分。

实施例3

在GaN基片上，先依次蒸发金属Ti(钛)、Al(铝)、Ti(钛)、Au(金)，再蒸发Al₂O₃，即先Ti/Al/Ti/Au金属膜蒸发，后Al₂O₃原位蒸发，其具体过程为：

第一步：对GaN基材料的基片进行清洗，然后用N₂吹干；

第二步：在清洗干净的GaN基片上光刻图形；

第三步：将光刻后的片子装入电子束蒸发台的反应室中，对其抽真空达预定值1.8×10^-3Pa以上，用氩离子活化GaN基片表面30秒，并按如下条件依次进行Ti/Al/Ti/Au金属膜和Al₂O₃膜的蒸发淀积：

1.先依次进行Ti/Al/Ti/Au金属膜蒸发的条件：

(1)蒸发Ti膜

a、反应室真空度维持在1.8×10^-3Pa以上，电子抡高压仍置10kv；

b、在膜厚仪上设定Ti的密度D和系数Z值，即D：4.50g/cm³  Z：0.628；

c、加电子枪电流到30mA，使Ti熔化；

d、打开挡板在上述电流条件下，以3.0/sec的速率蒸发；

e、蒸发时对电子束的束斑要不停的进行扫描、待膜厚达到要求后关掉挡板，将电流减为0，冷却2分钟后，开始蒸Al；

(2)蒸Al膜

a、高压同蒸Ti膜相同；

b、在膜厚仪上设定Al的密度D和系数Z值，即

D：2.7(g/cm³)  Z：1.08；

c、加电子枪电流到40mA，使Al熔化；

d、打开挡板在上述电流条件下，以3.5/sec的速率蒸发；

e、蒸发时对电子束的束斑要不停的进行扫描、待膜厚达到要求后关掉挡板，待片子上的Al金属膜冷却2分钟后，开始蒸Ti；

(3)蒸Ti膜：

a、高压同蒸Al膜相同；

b、在膜厚仪上设定Ti的D和Z值，即D：4.50g/cm³  Z：0.628；

c、加电子枪电流到30mA，使Ti熔化；

d、打开挡板在上述电流条件下开始蒸发，在膜厚仪直接显示蒸发速率可达3.0/sec；

e、蒸发时对电子束的束斑要不停的进行扫描、待膜厚达到要求后关掉挡板，待片子上的Ti金属膜冷却2分钟后，开始蒸Au；

(4)蒸Au膜：

a、高压同蒸Al膜相同；

b、在膜厚仪上设定Au的D和Z值，即

D：19.3g/cm³    Z：0.381

c、加电子抡电流到70mA，使Au金属熔化；

d、打开挡板开始蒸发，在上述电流条件下，蒸发速率可达3.5/sec；

e、蒸发时对电子束的束斑要不停的进行扫描、待膜厚达到要求后关掉挡板，待片子冷却2分钟后，开始蒸Al₂O₃；

2.后进行Al₂O₃膜蒸发的条件：

a、打开蒸发台的电子枪电源，预热后置高压为10kv；

b、将膜厚仪开关置ON，设定Al₂O₃的密度D和Z系数，即

D：4.0g/cm³    Z：1.00

c、用控制器加电流到10mA，使Al₂O₃局部熔化；

d、打开挡板在上述电流条件下，以3.5/sec的速率蒸发；

e、蒸发时对电子抡的束斑要不停的进行扫描，待膜厚达到要求后，关掉挡板，将电流减为0，冷却20分钟后取出片子；

第四步，用丙酮和超声波将蒸发到片子上的Al₂O₃/金属或金属/Al₂O₃进行剥离，留下需要的部分。

本发明在基片上进行蒸发的膜厚可通过厚膜仪设定，本发明的蒸发电流是通过控制仪给装有基片的电子枪施加，本发明在蒸发时对电子抡的束斑要不停的扫描是通过控制仪的旋纽进行，本发明的清洗、光刻、剥离均按常规工艺进行。

Claims (5)

1.一种在GaN基化合物材料上原位淀积Al₂O₃和金属膜的方法，其特征在于采用高纯Al₂O₃颗粒和金属作蒸发材料，在1台电子束蒸发台内分别完成高介电常数Al₂O₃和金属的两种膜蒸发，具体过程如下：

(1)对GaN基片子进行清洗并用高氮吹干；

(2)在基片上光刻图形；

(3)将基片装入电子束蒸发台的反应室中，用氩离子活化CaN片子后，室温下分别进行Al₂O₃膜和金属膜的蒸发；

(4)将蒸发到片子上的Al₂O₃/金属，或金属/Al₂O₃进行剥离。

2.根据权利要求1所述的原位淀积Al₂O₃和金属膜的方法，其特征在于Al₂O₃膜的蒸发工艺条件为：

a.抽真空至1.8×10^-3Pa以上；

b.将装有Al₂O₃材料的坩埚置待蒸位置，电子枪高压置10kv；

c.在膜厚仪上，设定Al₂O₃的密度D和系数Z分别为4.0g/cm³和1.00；

d.用控制器加10mA的电流，使Al₂O₃局部熔化；

e.以3.5/sec的速率进行蒸发，并在蒸发的过程中对电子抡的束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将电流减为0.

3.根据权利要求1所述的原位淀积Al₂O₃和金属膜的方法，其特征在于金属膜的蒸发工艺条件为：

a.反应室内真空度维持在1.8×10^-3Pa以上；

b.将装有金属膜材料的坩埚置待蒸发位置，置电子枪高压为10kv；

c.在膜厚仪上，按照不同的金属材料设定其密度D和系数Z，即D：2.7～21.37  Z：0.245-1.08

e.用控制器按不同金属材料加30～100mA的电流，使金属熔化；

d.以3-3.5/sec的速率进行蒸发，并在蒸发的同时对电子束的束斑进行扫描，待膜厚达到要求后将电流减为0。

4.根据权利要求1所述的原位淀积Al₂O₃和金属膜的方法，其中所述的在1台电子束蒸发台内分别完成高介电常数Al₂O₃和金属两种膜的蒸发，可以按照先蒸发金属膜，后蒸发Al₂O₃膜的顺序进行，也可以按照先蒸发Al₂O₃膜，后蒸发金属膜的顺序进行；金属膜可以采用一种金属材料蒸发单层金属膜，也可以采用两种或者三种金属材料蒸发复合层金属膜。

5.根据权利要求1或4所述的原位淀积Al₂O₃和金属膜的方法，其中所述的蒸发金属膜可以按照如下工艺条件依次进行Ti、Al、Ti、Au的复合金属膜蒸发：

第一步，蒸发Ti膜：

a.反应室内真空度维持在1.8×10^-3Pa以上；

b.蒸发高压仍置10kv；

c.在膜厚仪上，设定Ti的密度D和系数Z的值分别为4.50g/cm³和0.628；

d.给电子枪加30mA电流，使Ti熔化；

e.以3.0/sec的速率蒸发，并对束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将电流速减为0，冷却后蒸Al膜；

第二步，蒸发Al膜

a.真空和高压同Ti膜蒸发；

b.在膜厚仪上，设定Al的D和Z值分别为2.7g/cm³和1.08；

c.用控制器加40mA电流，使Al熔化；

d.以3.5/sec的速率蒸发，并对束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将电流减为0，冷却后蒸Ti膜

第三步，蒸发Ti膜：

a.真空和高压与第一步蒸Ti膜相同；

b.在膜厚仪上，设定Ti的D和Z值分别为：4.50g/cm³和0.628；

c.用控制器加30mA电流，使Ti熔化；

d.以3.0/sec的速率蒸发，并对束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将电流速减为0，冷却后蒸Au膜；

第四步，蒸发Au膜

a.真空和高压与第一步蒸Ti膜相同；

b.在膜厚仪上，设定Au的D和Z值分别为19.3g/cm³和0.381；

c.用控制器加80mA的电流，使Au熔化；

d.以3.0/sec的速率蒸发，并对电子束的束斑进行扫描，直到膜厚达到要求后将电流速减为0，冷却后蒸发Al₂O₃膜。

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