CN100580898C - 一种引出亚微米hbt发射极/hemt栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，包括：在制作的亚微米HBT发射极金属/HEMT栅金属之上制作牺牲介质层，并剥离形成带有牺牲介质层的HBT发射极金属/HEMT栅金属；在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料，使基片表面平坦；刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层；移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属；清洗后，光刻、蒸发，制作金属互联。利用本发明，提高了引出的可靠性和稳定性，降低了工艺的复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及集成电路制造技术领域，尤其涉及一种引出亚微米异质结双极型晶体管(Heterojuction Bipolar Transistor，HBT)发射极/高电子迁移率晶体管(High Electronic Mobility Transistor，HEMT)栅的方法。
背景技术
现代半导体器件制作过程中，随着技术的进步，器件尺寸越来越小，集成度越来越高。对于化合物半导体器件，在对亚微米HBT发射极/HEMT栅进行引出时，其寄生的电感和电阻常会造成器件性能的迅速下降。因此亚微米HBT发射极/HEMT栅的引出技术的改善可以带来器件性能的很大提升。
目前HBT发射极的引出方法有多种，主要有：亚微米HBT发射极/HEMT栅直接端引出、亚微米HBT发射极/HEMT栅微空气桥端引出、HBT发射极/HEMT栅刻孔空气桥引出及平坦化后刻蚀引出等方法，其制作方法和特点分别为：
方法1、亚微米HBT发射极/HEMT栅直接端引出方法。该方法是将发射极一端加宽，然后用金属在加宽处通过金属桥引出，如图1所示。该方法制作简单，但是由于加宽的发射极金属下方有较大面积的发射区、基区、集电区重合，因此存在相当的寄生电容，造成器件截止频率的下降。
方法2、亚微米HBT发射极/HEMT栅微空气桥端引出方法。该方法制作的HBT如图2所示。该方法与发射极直接端引出的不同在于发射极用于引出的加宽区域通过一个很短的金属桥与本征HBT相连。这种结构比发射极直接端引出有很大的优势，由于发射极加宽区域下的半导体外延层与本征HBT不直接相连，其寄生的电容都是开路的，因此对器件的性能影响很小，HBT的截止频率有明显提高。但是改种方法需要制作微空气桥，由于受到腐蚀速率的限制，微空气桥宽不能很宽，这就存在较大的寄生电阻和电感，尤其是寄生电感对高频特性影响大。
方法3、HBT发射极/HEMT栅刻孔空气桥引出方法。通过该方法制作的HBT如图3所示。空气桥的制作方法又可以分为复合胶电镀制作空气桥的方法和介质牺牲介质制作空气桥支撑的方法。这两种方法主要是在HBT发射极/HEMT栅金属上制作一个比发射极尺寸小的金属连线区，通过空气桥将HBT发射极/HEMT栅引出。这种引线方法制作的金属互联线质量和成功率受到发射极宽度的制约。由于HBT发射极/HEMT栅金属上的金属连线区尺寸比HBT发射极/HEMT栅小，对光刻要求高，而且光刻对准要求更高。而器件制作过程中，为了提高器件性能，往往将HBT发射极/HEMT栅设计成最小光刻线宽，在这样的条件下制作刻孔金属引线，制作难度大，成功率低，对于采用接触式曝光的工艺，尤其不适合作为亚微米发射极的引出办法。
方法4、平坦化后刻蚀引出的方法。该方法是在需要互联的金属上涂覆平坦化材料，然后利用干法刻蚀的方法逐渐刻蚀平坦化材料，露出金属，然后制作金属互联。该方法可以寄生较小，工艺相对稳定。但是由于在刻蚀介质平坦化材料的过程中，裸露的金属表面往往不洁净，有残留化合物，造成制作的金属连接接触不良，而且在金属侧面与平坦化材料接触的部分，由于金属化效应，刻蚀速率可能很大，制作互联时，连接金属可能与金属下面的其他电路或器件接触，造成互联不正常。在平坦化材料不均匀的情况下，如果刻蚀时间不够长还会出现部分区域金属没有裸露，从而互联建立失败。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，以提高引出的可靠性和稳定性，降低工艺的复杂度。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，该方法包括：
在制作的亚微米HBT发射极/HEMT栅之上制作牺牲介质层，并剥离，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅；
在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料，使基片表面平坦；
刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层；
移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属；
清洗后，光刻、蒸发，制作金属互联。
上述方案中，所述制作牺牲介质层，并剥离形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅的步骤包括：通过光刻制作好亚微米HBT发射极/HEMT栅图形后，蒸发HBT发射极/HEMT栅金属，然后继续制作牺牲介质层，并剥离金属，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅。
上述方案中，所述牺牲介质层与亚微米HBT发射极/HEMT栅同时制作，或者在亚微米HBT发射极/HEMT栅制作完成后再进行制作。
上述方案中，所述牺牲介质层为金属材料或非金属材料，所述金属材料为Al，所述非金属材料为二氧化硅或氮化硅。
上述方案中，所述在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料的步骤包括：在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上旋转涂覆一定厚度的平坦化材料。
上述方案中，所述刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层的步骤包括：将基片置于RIE离子刻蚀机或ICP中，对平坦化材料环苯丙环丁烯(BCB)进行刻蚀或进行湿法腐蚀，直到牺牲介质层充分暴露，便于腐蚀。
上述方案中，所述暴露所述牺牲介质层包括：完全暴露牺牲介质层，或只暴露牺牲介质层的顶端。
上述方案中，所述移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属的步骤包括：用腐蚀液腐蚀去除牺牲介质层，使HBT发射极/HEMT栅完全暴露。
上述方案中，所述移除牺牲介质层根据牺牲介质层材料的不同采用于法刻蚀或湿法刻蚀进行。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供的这种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，在制作的亚微米/深亚微米HBT发射极/HEMT栅引出的过程中，消除了刻蚀过程中可能残留在金属表面的沾污，避免接触不良。
2、本发明提供的这种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，有效的解决了HBT发射极/HEMT栅金属侧面的腐蚀速率快的问题，避免了连接金属与HBT发射极/HEMT栅下的其他材料的接触。
3、本发明提供的这种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，克服了由于涂覆平坦材料的厚度不均匀造成的刻蚀后部分HBT发射极/HEMT栅没有暴露而无法建立连接的问题。
4、本发明提供的这种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，在引出HBT发射极/HEMT栅的过程中，引出金属的宽度不受光刻条件的限制，因此可以将HBT发射极/HEMT栅的宽度设计为光刻极限，提高器件性能。
5、本发明提供的这种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，引出发射极的过程中引入的寄生很小，有效的提高了器件的性能
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是发射极直接端引出HBT的SEM照片；
图2是发射极微空气桥端引出HBT的SEM照片；
图3是发射极刻孔空气桥引出HBT的SEM照片；
图4是本发明提供的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法流程图；
图5是依照本发明实施例引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的工艺流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
如图4所示，图4是本发明提供的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤401：在制作的亚微米HBT发射极金属/HEMT栅金属之上制作牺牲介质层，并剥离形成带有牺牲介质层的HBT发射极金属/HEMT栅金属；
步骤402：在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料，使基片表面平坦；
步骤403：刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层；
步骤404：移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属；
步骤405：清洗后，光刻、蒸发，制作金属互联，完成亚微米HBT发射极/HEMT栅的引出。
上述步骤401包括：通过光刻制作好亚微米或深亚微米HBT发射极/HEMT栅图形后，蒸发发射极/HEMT栅金属，然后继续制作牺牲介质层，并剥离，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅。所述牺牲介质层与亚微米/深亚微米HBT发射极/HEMT栅同时制作，或者在亚微米/深亚微米HBT发射极/HEMT栅制作完成后再进行制作。所述牺牲介质层可以采用金属材料或非金属材料，所述金属材料可为Al或其他材料，所述非金属材料一般为二氧化硅或氮化硅。牺牲介质层的形状可以与亚微米/深亚微米HBT发射极/HEMT栅形状相同，也可不同，只要牺牲介质层在亚微米/深亚微米HBT发射极/HEMT栅上覆盖的面积与做金属互联的部分相同即可。
上述步骤402包括：在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上旋转涂覆平坦化材料，如BCB，PI胶等。所述平坦化材料要满足一定的平坦化要求；平坦化材料不能明显改变牺牲介质的形貌。
上述步骤403包括：刻蚀或腐蚀平坦化材料，直到牺牲介质层充分暴露，便于牺牲层的去除。所述暴露所述牺牲介质层包括：完全暴露牺牲介质层，或只暴露牺牲介质层的顶端。
上述步骤404包括：去除牺牲介质层，使发射极/HEMT栅金属完全暴露。
基于图4所示的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法流程图，以下结合具体的实施例对本发明提供的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法进行详细说明。
在本实施例中，使用Al作为牺牲介质层，用于引出亚微米HBT发射极(引出HEMT栅的方法与此相同，这里不再赘述)，发射极金属为Ti/Au，平坦化材料采用环笨丙环丁烯(BCB)，刻蚀采用RIE离子刻蚀。下面结合具体的工艺示意图4进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤，图5是依照本发明实施例引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的工艺流程图。
在图5中，光刻好亚微米/深亚微米HBT发射极后(如图a所示)，蒸发发射极金属Ti/Au 300nm，然后继续蒸发500nm的Al作为牺牲介质层(如图b所示)；然后剥离金属，形成带有牺牲介质Al的HBT发射极(如图c所示)。
如图d所示，在基片表面旋转涂覆平坦化材料BCB，由于BCB的平坦特性较好，金属与基片的台阶在平坦化之后明显变小，基片表面比较平坦。此处涂覆的BCB厚度为1.5um。
如图e所示，将基片置于RIE离子刻蚀机中，利用氧气和CF4对BCB进行刻蚀。刻蚀过程中，基片表面所有的BCB的厚度都同时减薄。刻蚀后，Al充分暴露，便于腐蚀。
如图f所示，用磷酸与水按1∶2的体积比配成溶液腐蚀去除Al，使Ti/Au发射极完全暴露。
如图g所示，清洗后，光刻、蒸发，制作金属互联。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1、一种引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，该方法包括：
在制作的亚微米HBT发射极/HEMT栅之上制作牺牲介质层，并剥离，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅；
在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料，使基片表面平坦；
刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层；
移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属；
清洗后，光刻、蒸发，制作金属互联。
2、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述制作牺牲介质层，并剥离，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅的步骤包括：
光刻制作好亚微米HBT发射极/HEMT栅图形后，蒸发HBT发射极/HEMT栅金属Ti/Au，然后继续蒸发一定厚度的牺牲介质层，并剥离金属，形成带有牺牲介质层的HBT发射极/HEMT栅。
3、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述牺牲介质层与亚微米HBT发射极/HEMT栅同时制作，或者在亚微米HBT发射极/HEMT栅制作完成后再进行制作。
4、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述牺牲介质层为金属材料或非金属材料，所述金属材料为Al，所述非金属材料为二氧化硅或氮化硅。
5、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上涂平坦化材料的步骤包括：
在基片具有HBT发射极/HEMT栅的表面之上旋转涂覆一定厚度的平坦化材料。
6、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述刻蚀所述平坦化材料，暴露所述牺牲介质层的步骤包括：
将基片置于RIE离子刻蚀机或ICP中，对平坦化材料环苯丙环丁烯进行刻蚀或进行湿法腐蚀，直到牺牲介质层充分暴露，便于去除。
7、根据权利要求1或6所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述暴露所述牺牲介质层包括：完全暴露牺牲介质层，或只暴露牺牲介质层的顶端。
8、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述移除牺牲介质层，暴露需要互联的金属的步骤包括：
用腐蚀液腐蚀去除牺牲介质层，使HBT发射极/HEMT栅完全暴露。
9、根据权利要求1所述的引出亚微米HBT发射极/HEMT栅的方法，其特征在于，所述移除牺牲介质层根据牺牲介质层材料的不同采用干法刻蚀或湿法刻蚀进行。
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