CN101562136B - Hbt工艺中介质平面平坦化的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种异质结双极性晶体管(HBT)工艺中介质平面平坦化的方法，包括：A、在已进行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱制作的基础上，旋涂介质层；B、在高温下进行介质固化；C、将基片放在等离子体下，用干法刻蚀介质，直到露出发射极金属顶面和接线柱；D、在介质表面旋涂光刻胶；E、光刻、显影，形成布线图形；F、蒸发布线金属；G、进行布线金属的剥离。利用本发明，能有效提高器件的成品率，避免微空气桥制作中的不稳定性，对提高器件性能的一致性有很大的作用。
Description
技术领域
本发明涉及化合物半导体器件及集成电路制造工艺技术领域，尤其涉及一种异质结双极性晶体管(Heterojunction Bipolar Transistor，HBT)工艺中介质平面平坦化的方法。
背景技术
为提高HBT的频率特性，HBT器件的尺寸越来越小，电极的连接和引出越来越困难。一方面，为进行HBT的直流和高频测量，小尺寸的HBT要与外围较大的衬垫相连；另一方面，在电路中HBT之间以及HBT与无源器件之间都需要进行连接。随HBT尺寸的减小，连接处的寄生需要详细考虑。小尺寸HBT的连接通常采用微空气桥或介质非平面平坦化的方法。
微空气桥的方法是在HBT有源区部分的发射极和基极引出一个小的衬垫，这个衬垫通过下面材料被腐蚀掏空的一段发射极和基极自身的金属与发射极和基极相连。外围的大衬垫通过空气桥与小衬垫，从而与HBT的有源区相连。这样制作的HBT工艺简单，但HBT的性能不稳定，且成品率低。
首先，由于微空气桥的下面的材料需要腐蚀掉，如果存在腐蚀不干净的情况，造成的寄生将非常大，严重影响HBT的性能；其次，由于连接需要在小衬垫上刻孔，通过空气桥进行连接，刻孔和空气桥的工艺可控性差，造成器件的成品率低。
现有HBT介质非平面平坦化的制作方法，通常用聚酰亚胺覆盖器件后，刻蚀掉部分聚酰亚胺露出发射极金属顶面，并在基极和集电极金属上刻孔，蒸发金属进行连接；或利用聚酰亚胺覆盖器件后，用光刻胶保护器件部分，刻蚀掉器件以外的聚酰亚胺，器件上面的聚酰亚胺被部分刻蚀掉，漏出接触部分的金属，以进行连接。
这种方法虽能减小寄生，但存在成品率不高的问题。原因是由于器件部分覆盖的聚酰亚胺要远高于衬底。这种非平面连接会严重影响器件的成品率。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述现有技术存在的不足，本发明的主要目的在于提供一种工艺简单，可控性好的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，以提高器件的成品率。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种HBT工艺中介质平面平坦化的方法，该方法包括：
A、在已进行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱制作的基础上，旋涂介质层；其中，在旋涂介质层之前，器件的发射极金属顶部、基极、集电极接线柱的顶部的高度相同；
B、在高温下进行介质固化；
C、将基片放在等离子体下，用干法刻蚀介质，直到露出发射极金属顶面和接线柱；
D、在介质表面旋涂光刻胶；
E、光刻、显影，形成布线图形；
F、蒸发布线金属；
G、进行布线金属的剥离。
优选地，步骤A中所述旋涂介质层采用的是聚酰亚胺或BCB作为介质，采用匀胶机进行旋涂，介质层的厚度为1.5至5微米，介质层的厚度高于从衬底到发射极顶端的高度。
优选地，步骤B中所述介质固化采用烘箱、热板、合金炉或退火炉，所述固化温度在100至400摄氏度之间，时间在10至120分之间，且固化时在惰性气体氮气、氩气的保护下进行。
优选地，步骤C中所述刻蚀采用能产生等离子体的设备RIE、ICP以及Sputter进行，刻蚀时采用的气体为氧气或包含有氧气的混合气体，所述刻蚀过程中进一步采取光学显微镜、电子显微镜或光谱学的方法进行刻蚀的监控，刻蚀直到露出发射极金属顶面、基极和集电极的接线柱为止。
优选地，步骤D中所述光刻胶为正胶，负胶或反转胶，光刻胶采用匀胶机进行旋涂，厚度通过转速控制，光刻胶的厚度为0.5至4微米。
优选地，所述步骤E包括：
将涂敷有光刻胶的基片在50至120摄氏度下烘烤10至300秒，以去除光刻胶中的溶剂；
将烘烤后的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光；
将曝光后的基片放在显影液中显影；
将显影后的基片在去离子水中冲洗干净，用氮气吹干。
优选地，步骤F中所述蒸发采用电子束蒸发、溅射或电镀方法，蒸发的布线金属为Au、Cu、Al或其合金，布线金属的厚度为0.4至3微米。
优选地，步骤G中所述布线金属的剥离采用在有机溶剂中浸泡的方式进行，该有机溶剂为能溶解光刻胶的丙酮、S1165剥离液。
优选地，步骤G中所述进行布线金属的剥离进一步采用加速剥离的方式，采取加热或有机溶剂喷淋方法。
(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、本发明是一种平面平坦化工艺，即器件连接处和衬垫在同一平面上，因而能有效提高器件的成品率。
2、本发明不使用微空气桥结构，有效避免微空气桥制作中的不稳定性，对提高器件性能的一致性有很大的作用。
3、本发明不使用空气桥结构，从而可避免空气桥制作中成品率低的缺点，能有效提高器件的成品率。
附图说明
图1本发明提供的HBT工艺中介质平面平坦化的方法流程图。
图2为行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱工艺后HBT结构示意图；可以看到，发射极的金属顶端、基极和集电极接线柱的顶端在同一平面上。
图3为器件旋涂上介质层的示意图，介质层完全覆盖了器件结构。
图4是利用干法刻蚀后露出发射极、基极和集电极接线柱的示意图。
图5是在介质上旋涂光刻胶的结构示意图。
图6是在曝光、显影后，在接触处开孔的示意图。
图7是蒸发金属，并剥离后的结构示意图。
图8为通过使用本发明工艺制作的HBT的照片。
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1所示，图1本发明提供的HBT工艺中介质平面平坦化的方法流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：在已进行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱制作的基础上，旋涂介质层；
步骤102：在高温下进行介质固化；
步骤103：将基片放在等离子体下，用干法刻蚀介质，直到露出发射极金属顶面和接线柱；
步骤104：在介质表面旋涂光刻胶；
步骤105：光刻、显影，形成布线图形；
步骤106：蒸发布线金属；
步骤107：进行布线金属的剥离。
上所述步骤101中HBT平面平坦化工艺是在已进行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱制作的基础上进行的，这时的结构如图2所示。可以看到发射极金属的顶部、基极和集电极的接线柱在同一高度。
步骤101中所述旋涂介质层采用的是聚酰亚胺或BCB作为介质，采用匀胶机进行旋涂，介质层的厚度为1.5至5微米，介质层的厚度高于从衬底到发射极顶端的高度，如图3所示。
步骤102中所述介质固化采用烘箱、热板、合金炉或退火炉等能够加热的装置，所述固化温度在100至400摄氏度之间，时间在10至120分之间，且固化时在惰性气体氮气、氩气的保护下进行。
步骤103中所述刻蚀采用能产生等离子体的设备RIE、ICP以及Sputter进行，刻蚀时采用的气体为氧气或包含有氧气的混合气体，所述刻蚀过程中进一步采取光学显微镜、电子显微镜或光谱学的方法等进行刻蚀的监控，刻蚀直到露出发射极金属顶面、基极和集电极的接线柱为止，如图4所示。
步骤104中所述光刻胶为正胶，负胶或反转胶，光刻胶采用匀胶机进行旋涂，厚度通过转速控制，光刻胶的厚度为0.5至4微米，如图5所示。
所述步骤105包括：将涂敷有光刻胶的基片在50至120摄氏度下烘烤10至300秒，以去除光刻胶中的溶剂；将烘烤后的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光；将曝光后的基片放在显影液中显影；将显影后的基片在去离子水中冲洗干净，用氮气吹干，如图6所示。
步骤106中所述蒸发采用电子束蒸发、溅射或电镀方法，蒸发的布线金属为Au、Cu、Al或其合金，布线金属的厚度为0.4至3微米。
步骤107中所述布线金属的剥离采用在有机溶剂中浸泡的方式进行，该有机溶剂为能溶解光刻胶的丙酮、S1165剥离液。所述进行布线金属的剥离可进一步采用加速剥离的方式，采取加热或有机溶剂喷淋等方法。
步骤107中所述金属剥离后的结构示意图如图7所示。
以下结合具体的实施例对本发明进一步详细说明。
在本实施例中，BCB作为平坦化介质，用AZ5214光刻胶为例，结合具体的工艺示意图进一步说明本发明的详细工艺方法和步骤。
如图2所示，在进行平面平坦化之前，器件的发射极金属顶部、基极、集电极接线柱的顶部的高度相同，这是进行平面平坦化的基础。
如图3所示，用匀胶机在基片上涂敷一定厚度的光刻胶BCB，覆盖底层金属，厚度可为2.5μm，然后在温度100至400℃下进行固化处理，如在230℃条件下处理60分，固化时用氮气保护，以防BCB和氧气反应。
如图4所示，将固化后的基片在RIE腔体中刻蚀，刻蚀气体用氧气和四氟化碳的混合气体，功率50W，刻蚀速率约为70nm/min。刻蚀中注意监控，直到露出发射极、基极和集电极接线柱为止。
如图5所示，用匀胶机旋涂AZ5214，例如厚度为2微米。在50至120℃条件下烘烤，以去除光刻胶中的溶剂。例如在100℃下，烘烤90秒。
将涂敷有光刻胶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。例如I线曝光机，在光强10mW/cm2下，曝光2.3秒。将基片放在120℃条件下烘烤80秒，实现光刻胶的反转，将烘烤后的基片放在I线曝光机下，进行无掩模曝光，例如30秒。曝光后的基片置于显影液中显影，显影时间例如为40秒，最后形成倒梯形剖面的光刻胶，如图6所示。
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。将处理残胶后的基片放在金属蒸发炉中，进行金属蒸发，蒸发的金属可以为Au，Cu，Al及其合金，例如蒸发Ti/Au＝40nm/800nm。将蒸发金属后的基片放入去胶液中，例如丙酮，浸泡10分钟，使光刻胶上面的金属脱离基片，然后依次用丙酮、乙醇和去离子水冲洗，完成剥离，从而最终完成平面平坦化工艺，其形貌如图7所示。
图8为通过使用本发明工艺制作的HBT的照片。
在本发明所举的实施例中，使用BCB作为介质层，利用AZ5214光刻胶进行的工艺流程。在实际应用中，也可以采用聚酰亚胺等作为介质层，光刻胶可采用AZ5206、9912、4406或者反转胶、负胶等制作图形，并进行金属的剥离。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 (9)
1.一种异质结双极性晶体管HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，该方法包括：
A、在已进行发射极金属蒸发、发射极腐蚀、基极金属蒸发、基极和集电极腐蚀、隔离腐蚀，以及基极和集电极接线柱制作的基础上，旋涂介质层；其中，在旋涂介质层之前，器件的发射极金属顶部、基极、集电极接线柱的顶部的高度相同；
B、在高温下进行介质固化；
C、将基片放在等离子体下，用干法刻蚀介质，直到露出发射极金属顶面和接线柱；
D、在介质表面旋涂光刻胶；
E、光刻、显影，形成布线图形；
F、蒸发布线金属；
G、进行布线金属的剥离。
2.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤A中所述旋涂介质层采用的是聚酰亚胺或BCB作为介质，采用匀胶机进行旋涂，介质层的厚度为1.5至5微米，介质层的厚度高于从衬底到发射极顶端的高度。
3.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤B中所述介质固化采用烘箱、热板、合金炉或退火炉，所述固化温度在100至400摄氏度之间，时间在10至120分之间，且固化时在惰性气体氮气、氩气的保护下进行。
4.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤C中所述刻蚀采用能产生等离子体的设备RIE、ICP以及Sputter进行，刻蚀时采用的气体为氧气或包含有氧气的混合气体，所述刻蚀过程中进一步采取光学显微镜、电子显微镜或光谱学的方法进行刻蚀的监控，刻蚀直到露出发射极金属顶面、基极和集电极的接线柱为止。
5.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤D中所述光刻胶为正胶，负胶或反转胶，光刻胶采用匀胶机进行旋涂，厚度通过转速控制，光刻胶的厚度为0.5至4微米。
6.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，所述步骤E包括：
将涂敷有光刻胶的基片在50至120摄氏度下烘烤10至300秒，以去除光刻胶中的溶剂；
将烘烤后的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机下曝光；
将曝光后的基片放在显影液中显影；
将显影后的基片在去离子水中冲洗干净，用氮气吹干。
7.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤F中所述蒸发采用电子束蒸发、溅射或电镀方法，蒸发的布线金属为Au、Cu、Al或其合金，布线金属的厚度为0.4至3微米。
8.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤G中所述布线金属的剥离采用在有机溶剂中浸泡的方式进行，该有机溶剂为能溶解光刻胶的丙酮、S1165剥离液。
9.根据权利要求1所述的HBT工艺中介质平面平坦化的方法，其特征在于，步骤G中所述进行布线金属的剥离进一步采用加速剥离的方式，采取加热或有机溶剂喷淋方法。
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2008
- 2008-04-16 CN CN200810104228XA patent/CN101562136B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4914049A (en) * | 1989-10-16 | 1990-04-03 | Motorola, Inc. | Method of fabricating a heterojunction bipolar transistor |
| CN101093803A (zh) * | 2006-06-21 | 2007-12-26 | 中国科学院微电子研究所 | 磷化铟异质结双极型晶体管自对准发射极的制作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 申华军等.发射极空气桥InGaP/GaAs HBT的DC和RF特性分析.《电子器件》.2007,第28卷(第1期), * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN101562136A (zh) | 2009-10-21 |
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