CN101383268A - 一种电子束对准标记的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及宽禁带半导体材料器件制作技术领域，公开了一种电子束对准标记的制作方法，包括：A.对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；B.对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；C.对衬底材料进行表面刻蚀；D.腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记。本发明同时公开了一种利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法。利用本发明，有效避免了高温退火中容易发生形貌变化的金属对准标记，利用衬底材料的高度差作为对准标记；同时解决了多步光刻形成电子束标记图形和源漏图形引入的机械误差和人为误差，避免了电子束光刻过程中出现的对准偏差。
Description
技术领域
本发明涉及宽禁带半导体材料器件制作技术领域，尤其涉及一种电子束对准标记的制作方法，以及利用该电子束对准标记制作有效栅线条的方法。
背景技术
在半导体场效应晶体管结构当中，栅长是决定器件频率最关键的因素。而对于应用在X波段GaN HEMT器件来说，为了得到至少4倍于工作频率甚至更高的截止频率，栅长的要求已经到达亚微米水平，普通的光学光刻技术已经远远不能满足我们的要求。
在制作栅的工艺过程中，采用了具有高的分辨率和高套刻精度的直写电子束曝光的光刻方法，能制作0.1微米到0.25微米甚至几十纳米的微细线条。因此，需要对电子束对准标记提出更高的要求，将对准过程中的人为误差和机械误差降到最低限度。
常规的电子束对准标记以及电子束直写技术形成栅线条的氮化镓基场效应管器件工艺中，通常的工艺步骤如下：
步骤1：电子束直写光刻或普通光学光刻，形成电子束对准标记，蒸发标记金属，金属组分一般为Ti/Au＝200/1000
。
步骤2：普通光学光刻源漏图形，并蒸发源漏金属。
步骤3：高温退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触；
步骤4：有源区隔离；
步骤5：电子束直写制作栅线条；
步骤6：蒸发栅金属。
但是，这种方法中存在以下两个很严重的问题：
1、氮化镓基场效应管器件工艺中，欧姆接触采用的Ti/Al/Ti/Au多层金属结构，要在700℃到800℃甚至900℃高温条件下进行退火，才能形成理想的欧姆接触。这种高温退火在蒸发标记金属步骤之后完成，经过这种温度退火，原本采用的Ti/Au对准标记金属的表面形貌将发生较明显的形变，变得粗糙不平。在随后的电子束直写栅过程中，对其进行标记信号检测时，在表面不平的地方会产生一个增益，如果增益足够大就会导致系统无法进行正确定位甚至不能开始曝光。
2、氮化镓基场效应管器件工艺中，光刻形成电子束对准标记图形与光刻形成源漏图形并不是在同一光刻工艺步骤中完成。在不同光刻步骤中，不可避免的出现掩膜版人为对准偏差的问题。在电子束直写制作栅线条过程中，电子束光刻以电子束对准标记作为基准对准图形。电子束对准标记和源漏之间的对准偏差，则会导致栅线条在源漏之间出现相同的偏移量。栅线条的偏移严重导致场效应管器件性能恶化，甚至可能使器件直接报废。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种电子束对准标记的制作方法，以解决高温退火后对准标记金属形变和表面形貌发生变化而导致电子束光刻机无法准确辨认对准标记的问题。
本发明的另一个目的在于提供一种利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，以解决电子束对准标记和源漏图形不同光刻步骤引入的人为对准误差，使得栅线条在源漏之间不会出现偏移。
(二)技术方案
为达到上述一个目的，本发明提供了一种电子束对准标记的制作方法，该方法包括：
A、对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
B、对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
C、对衬底材料进行表面刻蚀；
D、腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记。
上述方案中，步骤A中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
上述方案中，步骤B中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm。
上述方案中，所述步骤C包括：采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底材料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
上述方案中，所述衬底材料为氮化镓基材料。
上述方案中，步骤D中所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
为达到上述另一个目的，本发明提供了一种利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，该方法包括：
A′、对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
B′、对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
C′、对衬底材料进行表面刻蚀；
D′、腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记；
E′、高温退火合金，将源漏极金属与衬底材料形成欧姆接触；
F′、有源区离子注入隔离；
G′、精确辨认对准标记，电子束光刻栅版，完成栅线条曝光；
H′、蒸发栅金属，形成有效栅线条。
上述方案中，步骤A′中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
上述方案中，步骤B′中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm。
上述方案中，所述步骤C′包括：采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底材料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
上述方案中，所述衬底材料为氮化镓基材料。
上述方案中，步骤D′中所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
上述方案中，步骤E′中所述高温退火合金条件为退火温度为750至900℃，退火时间为40秒至75秒。
上述方案中，步骤F′中所述有源区离子注入隔离包括注入粒子为氦原子或氮原子，注入能量为20keV至70keV，注入剂量1e14至2e15cm2。
上述方案中，所述步骤H′包括采用电子束蒸发或热蒸发，蒸发栅金属为Ni/Au。
(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、本发明提供的这种应用于宽禁带半导体材料的电子束对准标记的制作方法，采用等离子体刻蚀的方法形成电子束对准标记，电子束标记没有采用常用的金属标记，标记表面平整度以及标记形状变化不会受到欧姆接触高温退火影响，有利于充分发挥电子束光刻高分辨率以及精确定位的优点，提高电子束光刻的套刻精度。
2、本发明提供的这种应用于宽禁带半导体材料的电子束对准标记的制作方法，通过一次性光学光刻同时形成电子束对准标记图形和源漏图形，不存在电子束对准标记和源漏图形之间的人为误差，使得电子束系统的定位精度相当高，有效地解决了电子束对准标记图形和源漏图形不同步引起的栅线条在源漏之间偏移的问题。
3、本发明提供的这种应用于宽禁带半导体材料的电子束对准标记的制作方法，充分发挥了电子束光刻高分辨率以及精确定位的优点，同时形成电子束对准标记图形和源漏图形，提高了对准精度，完全可以用普通的光学光刻取代电子束曝光制作源漏，大大减小了工艺时间，提高了工作效率，节省工艺成本。
附图说明
图1为本发明提供的制作电子束对准标记的方法流程图；
图2为依照本发明实施例制作氮化镓基刻蚀电子束对准标记的工艺流程图；
图3为依照本发明实施例利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法流程图。
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。
本发明的核心思想是：采用等离子体干法刻蚀，在氮化镓基衬底材料形成高度差，并将此具有高度差的区域作为电子束对准标记。对衬底材料采用光学光刻方法进行光刻，同时形成标记图形与源漏图形，采用Ti/Al/Ti/Au四层金属结构作为电感耦合等离子体刻蚀的掩膜材料；通过电感耦合等离子体刻蚀方法刻蚀，将氮化镓材料表面形成的台阶结构作为对准标记结构。
如图1所示，图1为本发明提供的制作电子束对准标记的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
步骤102：对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
步骤103：对衬底材料进行表面刻蚀；
步骤104：腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记。
上述步骤101中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
上述步骤102中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm。
上述所述步骤103包括：采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
上述衬底材料为氮化镓基材料。
上述步骤104中所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
基于图1所述的制作电子束对准标记的方法流程图，图2示出了依照本发明实施例制作氮化镓基刻蚀电子束对准标记的工艺流程图，该方法具体包括：
如图2-1所示，采用光学光刻方法对氮化镓材料(作为衬底材料)进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
如图2-2所示，采用Ti/Al/Ti/Au四层金属结构作为电感耦合等离子体刻蚀的掩膜材料，采用普通光学光刻方法对氮化镓材料进行光刻，形成10μm×10μm标记区域。
如图2-3所示，采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对氮化镓基外延材料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
如图2-4所示，腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属Ti/Al/Ti/Au，将氮化镓材料表面形成的台阶结构作为对准标记结构。
基于图1所述的制作电子束对准标记的方法流程图，图3示出了依照本发明实施例利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法流程图，电子束曝光机能够依据制作的电子束对准标记精确曝光，获得高性能的氮化镓基场效应管器件；该方法具体包括：
步骤301：对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
在本步骤中，所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触，衬底材料为氮化镓基材料。
步骤302：对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
在本步骤中，所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm，衬底材料为氮化镓基材料。
步骤303：对衬底材料进行表面刻蚀；
在本步骤中，采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm，衬底材料为氮化镓基材料。
步骤304：腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记；
在本步骤中，所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
步骤305：高温退火合金，将源漏极金属与衬底材料形成欧姆接触；
在本步骤中，所述高温退火合金条件为合金温度为730至900℃，退火时间为40秒至75秒。
步骤306：有源区离子注入隔离；
在本步骤中，注入的粒子为氦原子或氮原子，注入能量为20keV至70keV，注入剂量1e14至2e15cm2。
步骤307：精确辨认对准标记，电子束光刻栅版，完成栅线条曝光；
在本步骤中，根据栅线条粗细以及光刻胶厚度的不同，选择不同的电子束能量和剂量。
步骤308：蒸发栅金属，形成有效栅线条；
在本步骤中，采用电子束蒸发或热蒸发，蒸发的栅金属为Ni/Au。
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 (15)
1、一种电子束对准标记的制作方法，其特征在于，该方法包括：
A、对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
B、对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
C、对衬底材料进行表面刻蚀；
D、腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记。
2、根据权利要求1所述的电子束对准标记的制作方法，其特征在于，步骤A中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
3、根据权利要求1所述的电子束对准标记的制作方法，其特征在于，步骤B中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm。
4、根据权利要求1所述的电子束对准标记的制作方法，其特征在于，所述步骤C包括：
采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底材料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
5、根据权利要求1至4中任一项所述的电子束对准标记的制作方法，其特征在于，所述衬底材料为氮化镓基材料。
6、根据权利要求1所述的电子束对准标记的制作方法，其特征在于，步骤D中所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
7、一种利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，该方法包括：
A′、对衬底材料进行光刻，同时形成电子束对准标记和源漏极图形，并蒸发源漏极金属；
B′、对衬底材料进行光刻，在电子束对准标记周围形成方形标记区域；
C′、对衬底材料进行表面刻蚀；
D′、腐蚀电子束对准标记处的掩膜金属，形成电子束对准标记；
E′、高温退火合金，将源漏极金属与衬底材料形成欧姆接触；
F′、有源区离子注入隔离；
G′、精确辨认对准标记，电子束光刻栅版，完成栅线条曝光；
H′、蒸发栅金属，形成有效栅线条。
8、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，步骤A′中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述蒸发的源漏极金属为Ti/Al/Ti/Au，金属Ti/Al/Ti/Au的厚度要求满足形成良好的欧姆接触。
9、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，步骤B′中所述对衬底材料进行光刻采用普通光学光刻方法，所述形成的方形标记区域的尺寸为10μm×10μm。
10、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，所述步骤C′包括：
采用电感耦合等离子体ICP刻蚀设备对衬底材料进行表面刻蚀，采用金属Ti/Al/Ti/Au对标记进行掩膜，刻蚀深度大于3μm。
11、根据权利要求7至10中任一项所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，所述衬底材料为氮化镓基材料。
12、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，步骤D′中所述掩膜金属为Ti/Al/Ti/Au。
13、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，步骤E′中所述高温退火合金条件为退火温度为750至900℃，退火时间为40秒至75秒。
14、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，步骤F′中所述有源区离子注入隔离包括注入粒子为氦原子或氮原子，注入能量为20keV至70keV，注入剂量1e14至2e15cm2。
15、根据权利要求7所述的利用电子束对准标记制作有效栅线条的方法，其特征在于，所述步骤H′包括采用电子束蒸发或热蒸发，蒸发栅金属为Ni/Au。
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Owner name: SEMICONDUCTOR MANUFACTURING INTERNATIONAL (SHANGHA Free format text: FORMER OWNER: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20130407 Owner name: INST OF MICROELECTRONICS, C. A. S Effective date: 20130407 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
| COR | Change of bibliographic data |
Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100029 CHAOYANG, BEIJING TO: 201203 PUDONG NEW AREA, SHANGHAI |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20130407 Address after: 201203 Shanghai City, Pudong New Area Zhangjiang Road No. 18 Patentee after: Semiconductor Manufacturing International (Shanghai) Corporation Patentee after: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences Address before: 100029 Beijing city Chaoyang District Beitucheng West Road No. 3 Patentee before: Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20100915 Termination date: 20180907 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |