CN101330009A - 亚微米hbt发射极/hemt栅空气桥引出的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,包括:在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅;采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影,制作空气桥支撑;烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化;在基片上涂二次光刻胶;刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属;烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化;在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面;在基片表面蒸发/溅射一层金属材料;剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥。利用本发明,简化了制作工艺,制作的可控性好,保证了金属互联不受光刻条件的限制,减少了空气桥制作过程中对器件的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件及集成电路制造工艺技术领域,尤其涉及一种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)栅空气桥引出的方法。
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,亚微米HBT发射极/HEMT栅引出时,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,发射极刻孔空气桥引出等方法,其制作方法和特点分别为:
发射极直接端引出。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。
发射极微空气桥端引出。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很大。
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层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。
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亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,以简化制作工艺,提高制作的可控性,保证金属互联不受光刻条件的限制,减少空气桥制作过程中对器件的损伤。
(二)技术方案
为达到上述目的,本发明提供了一种亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,该方法包括:
在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅;
采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影,制作空气桥支撑;
烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化;
在基片上涂二次光刻胶;
刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属;
烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化;
在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面;
在基片表面蒸发/溅射一层金属材料;
剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥。
上述方案中,所述一次光刻胶、二次光刻胶或三次光刻胶为光敏的正胶或负胶、反转胶、PI胶、BCB;所述光敏的正胶或负胶为9918、9912或AZ5214。
上述方案中,所述在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅的步骤之后进一步包括:在温度80至100℃下烘烤70至110秒。
上述方案中,所述采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影的步骤中,光刻采用G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机,显影采用将曝光后的基片置于显影液中进行。
上述方案中,所述烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化和烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化的步骤中,烘烤采用烘箱或热板,将基片放入80~200摄氏度的烘箱中烘烤3~120分钟,或者将基片放在60~200摄氏度的热板上烘烤3~120分钟。
上述方案中,所述刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属的步骤中,刻蚀或腐蚀二次光刻胶采用增加保护膜的方法,只对HBT发射极/HEMT栅金属及其周围的二次光刻胶进行刻蚀,刻蚀区域与HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸相同或大于HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸,露出全部或部分HBT发射极/HEMT栅金属。
上述方案中,所述在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面的步骤包括:在基片上涂敷一层一定厚度的光刻胶,在温度80至115℃下烘烤10至210秒,然后将涂敷有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光,将曝光后的基片置于显影液中显影,并将显影后的基片置于干法刻蚀机中处理残胶。
上述方案中,所述在基片表面蒸发/溅射一层金属材料的步骤包括:将二次光刻胶光刻显影后的基片放入蒸发/溅射炉中,抽真空,蒸发/溅射一定厚度和组分的金属。
上述方案中,所述剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥的步骤包括:将蒸发/溅射一层金属材料后的基片浸泡在剥离液中一定时间,将剥离液加热至80~250摄氏度,然后依次用丙酮、乙醇和去离子水冲洗,使光刻胶脱落基片,形成空气桥;
或者用剥离液喷射基片使不需要的金属和光刻胶去掉后,用溶剂和去离子水冲洗基片,然后氮气吹干。
上述方案中,所述剥离液采用丙酮或N-甲基-2-吡咯烷酮,所述浸泡过程中进一步采用加热、制冷、超声、兆声方法帮助剥离金属和去除胶层。
(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、本发明引出HBT发射极/HEMT栅的过程中,基本任何宽度的发射极都可以顺利引出。
2、本发明引出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。
3、本发明用于支撑的牺牲胶层制作工艺简单,可控性好。
4、本发明引出发射极的过程中引入的寄生很小,有了与提高器件的性能
5、本发明在引出发射极过程中还可以将局部金属用光刻胶等继续抬高,增大连接金属与HBT的距离,进一步减小寄生。
6、本发明在制作空气桥过程中不使用剧毒化学试剂,保护操作人员的身体健康,保护环境;也不需要制作起镀层,因此没有去除起镀层过程中可能对器件带来的损伤。
附图说明
图1为发射极直接端引出HBT的SEM照片;
图2为发射极微空气桥端引出HBT的SEM照片;
图3发射极刻孔空气桥引出HBT的SEM照片;
图4为本发明提供的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法流程图;
图5为依照本发明实施例亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的工艺流程图。
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为本发明提供的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法流程图,该方法包括以下步骤:
步骤401:在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅;
步骤402:采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影,制作空气桥支撑;
步骤403:烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化;
步骤404:在基片上涂二次光刻胶;
步骤405:刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属;
步骤406:烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化;
步骤407:在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面;
步骤408:在基片表面蒸发/溅射一层金属材料;
步骤409:剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥。
上述一次光刻胶、二次光刻胶或三次光刻胶为光敏的正胶或负胶、反转胶、PI胶、BCB等;所述光敏的正胶或负胶为9918、9912或AZ5214等。
上述步骤401中所述一次光刻胶的厚度可以高于HBT的发射极,也可以小于HBT的发射极。
上述步骤401之后进一步包括:在温度80至100℃下烘烤70至110秒。
上述步骤402中所述光刻采用G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机,显影采用将曝光后的基片置于显影液中进行。
上述步骤403和步骤406中,烘烤采用烘箱或热板,将基片放入80~200摄氏度的烘箱中烘烤3~120分钟,或者将基片放在60~200摄氏度的热板上烘烤3~120分钟。
上述步骤405中所述刻蚀或腐蚀二次光刻胶采用增加保护膜的方法,只对HBT发射极/HEMT栅金属及其周围的二次光刻胶进行刻蚀,刻蚀区域与HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸相同或大于HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸,露出全部或部分HBT发射极/HEMT栅金属。
上述步骤407包括:在基片上涂敷一层一定厚度的光刻胶,在温度80至115℃下烘烤10至210秒,然后将涂敷有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光,将曝光后的基片置于显影液中显影,并将显影后的基片置于干法刻蚀机中处理残胶。
上述步骤408包括:将二次光刻胶光刻显影后的基片放入蒸发/溅射炉中,抽真空,蒸发/溅射一定厚度和组分的金属。
上述步骤409包括:将蒸发/溅射一层金属材料后的基片浸泡在剥离液中一定时间,将剥离液加热至80~250摄氏度,然后依次用丙酮、乙醇和去离子水冲洗,使光刻胶脱落基片,形成空气桥;或者用剥离液喷射基片使不需要的金属和光刻胶去掉后,用溶剂和去离子水冲洗基片,然后氮气吹干。
上述剥离液采用丙酮或N-甲基-2-吡咯烷酮,所述浸泡过程中进一步采用加热、制冷、超声、兆声方法帮助剥离金属和去除胶层。
基于图4所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法流程图,以下结合具体的实施例对本发明亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法进一步详细说明。
实施例
在本实施例中,使用9918作为牺牲胶层、AZ5214光刻胶作为二次和三次光刻胶、O2等离子刻蚀牺牲胶层,器件选用HBT。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为本发明制作空气桥过程的示意图。
如图5中示意图A所示,示意图A为在基片上涂敷一定厚度的光刻胶9918,覆盖HBT台面结构,厚度可为以刚好覆盖HBT台面为宜,然后在温度80至100℃下烘烤70至110秒,如90℃条件下烘烤90秒。
如图5中示意图B所示,将涂敷有光刻胶9918的基片在曝光机下曝光;掩膜版与HBT发射极相同。例如G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机。将曝光后的基片置于显影液中显影,如示意图B所示,胶块要将发射极以外的器件区域覆盖完全;显影时间以刚好获得所需图形为准。
将基片进行烘烤,减缓胶块边缘的尖峰;同时固化牺牲胶层,防止该胶层被二次光刻胶溶解、腐蚀或显影液溶解、腐蚀。
如图5中示意图C所示在基片上涂敷一定厚度的反转光刻胶AZ5214,厚度为1.2um
如图5中示意图D所示,通过O2等离子刻蚀刻蚀后,发射极金属部分露出,然后进行烘烤,图形基本不变。
在基片上涂敷一定厚度的反转光刻胶AZ5214,例如厚度为2.0μm的AZ5214,然后在温度80至100℃下烘烤70至110秒,如90℃条件下烘烤90秒。将涂敷有AZ5214的基片在曝光机下曝光;例如G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机。加热曝光后的HBT外延层结构一定的时间使光刻胶变性;例如在120℃热板上烘烤约90秒。将反转后的基片在曝光机下进行无掩模曝光;例如G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机,曝光时间以能显影干净窗口中的光刻胶为准。将泛曝光后的基片置于显影液中显影;显影时间以刚好获得所需图形为准。将显影后的基片置于干法刻蚀机中,处理残胶;例如采用RIE刻蚀机,刻蚀时间以刚好去掉残胶为准,如60秒。
采用蒸发/溅射设备在处理残胶后的基片表面蒸发/溅射一层金属材料,形成如图5中示意图E所示的结果。
如图5中示意图F所示,将蒸发/溅射一层金属材料后的基片浸泡在有机溶剂中若干时间,将剥离液加热至80-250摄氏度,使光刻胶脱落基片,形成空气桥。例如将基片置于N-甲基-2-吡咯烷酮中,加热100摄氏度,至少浸泡60分钟,然后依次用丙酮、乙醇和去离子水冲洗,完成剥离,形成空气桥。
在本发明所举的实施例中,使用9918为牺牲胶层,AZ5214为二次和三次光刻胶。在实际应用中,也可以采用AZ5206、9912、4406或者反转胶、负胶、PI胶、BCB等作为牺牲胶层或二次胶。这样的技术方案与本发明提供的技术方案在技术思路上是一致的,应包含在本发明的保护范围之内。
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 (10)
1、一种亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,该方法包括:
在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅;
采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影,制作空气桥支撑;
烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化;
在基片上涂二次光刻胶;
刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属;
烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化;
在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面;
在基片表面蒸发/溅射一层金属材料;
剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥。
2、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述一次光刻胶、二次光刻胶或三次光刻胶为光敏的正胶或负胶、反转胶、PI胶、BCB;所述光敏的正胶或负胶为9918、9912或AZ5214。
3、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述在基片上涂一次光刻胶覆盖HBT发射极/HEMT栅的步骤之后进一步包括:在温度80至100℃下烘烤70至110秒。
4、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述采用与HBT发射极/HEMT栅相同或相似的掩膜版进行光刻、曝光、显影的步骤中,光刻采用G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机,显影采用将曝光后的基片置于显影液中进行。
5、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述烘烤显影后的基片,使牺牲胶的边角圆滑并固化和烘烤刻蚀或腐蚀二次光刻胶的基片,使光刻胶固化的步骤中,烘烤采用烘箱或热板,将基片放入80~200摄氏度的烘箱中烘烤3~120分钟,或者将基片放在60~200摄氏度的热板上烘烤3~120分钟。
6、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述刻蚀或腐蚀二次光刻胶,露出HBT的发射极/HEMT栅金属的步骤中,刻蚀或腐蚀二次光刻胶采用增加保护膜的方法,只对HBT发射极/HEMT栅金属及其周围的二次光刻胶进行刻蚀,刻蚀区域与HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸相同或大于HBT发射极/HEMT栅金属的尺寸,露出全部或部分HBT发射极/HEMT栅金属。
7、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述在基片上涂三次光刻胶,然后烘烤、曝光、显影得到桥面的步骤包括:
在基片上涂敷一层一定厚度的光刻胶,在温度80至115℃下烘烤10至210秒,然后将涂敷有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光,将曝光后的基片置于显影液中显影,并将显影后的基片置于干法刻蚀机中处理残胶。
8、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述在基片表面蒸发/溅射一层金属材料的步骤包括:
将二次光刻胶光刻显影后的基片放入蒸发/溅射炉中,抽真空,蒸发/溅射一定厚度和组分的金属。
9、根据权利要求1所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述剥离去除不需要的金属及所有光刻胶,形成空气桥的步骤包括:
将蒸发/溅射一层金属材料后的基片浸泡在剥离液中一定时间,将剥离液加热至80~250摄氏度,然后依次用丙酮、乙醇和去离子水冲洗,使光刻胶脱落基片,形成空气桥;或者
用剥离液喷射基片使不需要的金属和光刻胶去掉后,用溶剂和去离子水冲洗基片,然后氮气吹干。
10、根据权利要求9所述的亚微米HBT发射极/HEMT栅空气桥引出的方法,其特征在于,所述剥离液采用丙酮或N-甲基-2-吡咯烷酮,所述浸泡过程中进一步采用加热、制冷、超声、兆声方法帮助剥离金属和去除胶层。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081224 |