CN103021847A - 一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法 - Google Patents

一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法 Download PDF

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本发明是一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法，其主要步骤如下：光刻发射极图形，蒸发金属并剥离形成发射极金属；以发射极金属为掩膜，利用湿法腐蚀工艺腐蚀掉发射区；淀积介质薄膜以保护住基区材料；光刻基极图形，以基极图形的光刻胶为掩膜刻蚀掉基极上方的介质薄膜；蒸发金属并剥离形成基极金属；以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜。该方法的优点是：整个工艺过程中基区材料不会与显影液直接接触，避免了基区材料（镓砷锑）被显影液腐蚀，从而有效保护基区材料。

Description

一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法
技术领域
本发明涉及的是一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法，属于半导体双极型晶体管技术领域。
背景技术
镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）具有十分优异的高频特性，在数模混合电路以及毫米波电路中具有广泛用途。GaAsSb DHBT的外延材料结构自衬底向上依次是集电区、基区和发射区，集电区材料为磷化铟（InP），基区材料为镓砷锑（GaAsSb），发射区材料为磷化铟（InP）。在GaAsSb DHBT制作过程中，需要在集电区、基区以及发射区上制作金属电极，分别称之为集电极、基极以及发射极。GaAsSb DHBT金属电极的制作一般分为三个步骤：第一步，光刻电极图形；第二步，蒸发电极金属；第三步，利用丙酮等有机溶剂去除光刻胶，从而仅剩余电极金属。在光刻电极图形的工艺过程中，需要对光刻胶进行曝光和显影，显影液一般为弱碱性的溶剂。GaAsSb DHBT的基区材料为镓砷锑（GaAsSb），试验表明GaAsSb会和弱碱性的显影液反应，或者说GaAsSb会被弱碱性的显影液腐蚀掉，腐蚀速率约为0.5纳米/秒，假设显影时间为60秒，则GaAsSb会被显影液腐蚀掉约30纳米。对于实际应用而言，为了提高GaAsSb DHBT的高频性能，必须减小载流子通过基区的渡越时间，因此必须减小基区的厚度，例如将基区厚度减小到30-50纳米，此时如果仍然采用常规的光刻、蒸发、剥离工艺实现基极金属化，则GaAsSb DHBT的基区在显影过程中将部分甚至全部被显影液腐蚀掉，从而导致器件性能退化甚至完全失效。
发明内容
本发明提出的是一种效果好、工艺流程简单的实现镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）基极金属化的方法，其目的旨在克服GaAsSb DHBT进行基极金属化时，显影液会腐蚀基区材料（GaAsSb）导致器件性能退化甚至失效的问题。
本发明的技术解决方案：其特征是该方法包括以下步骤：
一、在磷化铟（InP）衬底上外延出镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）的外延层。GaAsSb DHBT的外延层自InP衬底向上依次为：集电区、基区、发射区。集电区材料为磷化铟（InP），基区材料为镓砷锑（GaAsSb），发射区材料为磷化铟（InP）。
二、光刻发射极图形，蒸发金属并进行剥离，形成发射极金属。以发射极金属为掩膜，利用湿法腐蚀工艺腐蚀掉发射区。
三、淀积介质薄膜，利用介质薄膜保护住基区材料，淀积的介质薄膜可以是氮化硅（SiN）或者二氧化硅（SiO2）。
四、光刻基极图形，以基极图形的光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的介质薄膜。
五、蒸发金属并进行剥离，形成基极金属。
六、以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜。
在光刻基极图形之前，先淀积一层介质薄膜，介质薄膜可以是氮化硅（SiN）或者二氧化硅（SiO2），利用介质薄膜保护住基区材料，然后再光刻基极图形并利用干法刻蚀的方法将基极图形转移到介质薄膜之上，最后利用蒸发剥离的方法形成基极金属。整个工艺过程中显影液不会和基区材料直接接触，避免了显影液对基区材料的腐蚀。
本发明的优点：本发明在整个工艺过程中显影液不会与基区材料直接接触，避免了显影液对基区材料的腐蚀。
本发明最大的特点在于在进行基极图形光刻之前，先淀积一层介质薄膜，利用介质薄膜保护住基区材料，然后再光刻基极图形并利用干法刻蚀的方法将基极图形转移到介质薄膜之上，最后蒸发剥离形成基极金属，整个工艺过程中显影液不会与基区材料直接接触，从而避免了显影液对基区材料的腐蚀，防止器件的退化或者失效。本发明和传统的直接利用光刻、蒸发、剥离工艺实现基极金属化的方法相比，有效避免了显影液腐蚀基区材料的问题。
附图说明
图1是利用在磷化铟（InP）衬底上生长出镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）外延材料之后的剖面图。
图2是完成发射极金属化，然后以发射极金属为掩膜，利用湿法腐蚀工艺腐蚀掉发射区之后的器件剖面图。
图3是淀积介质薄膜之后的器件剖面图。
图4是光刻基极图形，然后以基极图形的光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的介质薄膜之后的器件剖面图。
图5是蒸发剥离基极金属之后的器件剖面图。
图6是以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜之后的器件剖面图。
具体实施方式
结合附图进一步描述本发明的技术方案；
具体方法如下：
①在磷化铟（InP）衬底上生长出镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）外延材料。GaAsSb DHBT的外延材料结构自磷化铟衬底向上依次为集电区，基区以及发射区，集电区材料为磷化铟（InP），基区材料为镓砷锑（GaAsSb），发射区材料为磷化铟（InP），如图1所示。
②光刻发射极图形，蒸发金属并进行剥离，以形成发射极，发射极金属为Ti/Pt/Au；利用发射极金属为掩膜，利用湿法腐蚀工艺腐蚀掉发射区。腐蚀掉发射区之后的器件剖面图如图2所示。
③淀积介质薄膜，介质薄膜可以是氮化硅（SiN）或者二氧化硅（SiO2），淀积介质薄膜所采用的设备为等离子体化学气相淀积（PECVD）或者感应离子耦合气相淀积（ICPCVD）。淀积介质薄膜之后的器件剖面图如图3所示。
④光刻基极图形，以基极图形的光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的介质薄膜，此时基极图形已经由光刻胶转移到介质薄膜之上。介质薄膜可以是氮化硅（SiN）或者二氧化硅（SiO2），干法刻蚀工艺所采用的设备为反应离子刻蚀机（RIE）或者感应离子耦合刻蚀机（ICP），刻蚀气体为四氟化碳（CF4）、六氟化硫（SF6）或者三氟甲烷（CHF3）。利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的介质薄膜之后的器件剖面图如图4所示。
⑤蒸发金属并进行剥离形成基极，基极金属为Ti/Pt/Au。蒸发剥离基极金属之后的器件剖面图如图5所示。
⑥以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜。质薄膜可以是氮化硅（SiN）或者二氧化硅（SiO2），干法刻蚀工艺所采用的设备为反应离子刻蚀机（RIE）或者感应离子耦合刻蚀机（ICP），刻蚀气体为四氟化碳（CF4）、六氟化硫（SF6）或者三氟甲烷（CHF3）。利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜之后的器件剖面图如图6所示。
实施例
①利用分子束外延炉（MBE）在磷化铟（InP）衬底上生长出镓砷锑双异质结双极型晶体管（GaAsSb DHBT）外延材料。GaAsSb DHBT的外延材料结构自磷化铟衬底向上依次为集电区，基区以及发射区，集电区材料为磷化铟（InP），基区材料为镓砷锑（GaAsSb），发射区材料为磷化铟（InP）。集电区厚度为400纳米，基区厚度为30纳米，发射区厚度为300纳米。
②光刻发射极图形，蒸发金属并进行剥离，以形成发射极，其中光刻工艺所采用的光刻胶为AZ7908，发射极金属为钛/铂/金（Ti/Pt/Au），Ti的厚度为40纳米，Pt的厚度为40纳米，Au的厚度为300纳米。
③配置磷化铟腐蚀液，首先量取100毫升的H2O，然后量取100毫升的盐酸，最后将二者混合即可。以发射极金属为掩膜，利用配置的磷化铟腐蚀液腐蚀掉发射区，腐蚀速率约5纳米/秒，腐蚀时间约60秒。
④利用等离子体化学气相淀积（PECVD）淀积氮化硅（SiN）薄膜介质，氮化硅薄膜厚度为200纳米，淀积氮化硅薄膜所采用的气体为硅烷（SiH4）和氨气（NH3）。
⑤光刻基极图形，以基极图形的光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的氮化硅薄膜，此时基极图形已近由光刻胶转移到介质薄膜之上。光刻基极图形所采用的光刻胶为AZ7908，干法刻蚀工艺所采用的设备为反应离子刻蚀机（RIE），刻蚀气体为CF4。
⑥蒸发基极金属并进行剥离形成基极，基极金属为钛/铂/金（Ti/Pt/Au），其中Ti的厚度为20nm，Pt的厚度为20nm，Au的厚度为100nm。
⑦以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的氮化硅薄膜。干法刻蚀工艺所采用的设备为反应离子刻蚀机（RIE），刻蚀气体为CF4。

Claims (2)

1.一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法，其特征是该方法包括以下步骤：
一、在磷化铟InP衬底上外延出镓砷锑双异质结双极型晶体管GaAsSb DHBT的外延层，GaAsSb DHBT的外延层自磷化铟InP衬底向上依次为：集电区、基区、发射区，集电区材料为磷化铟InP，基区材料为镓砷锑GaAsSb，发射区材料为磷化铟InP；
二、光刻发射极图形，蒸发金属并进行剥离，形成发射极金属，以发射极金属为掩膜，利用湿法腐蚀工艺腐蚀掉发射区；
三、淀积介质薄膜，利用介质薄膜保护住基区材料，淀积的介质薄膜是氮化硅SiN或者二氧化硅SiO2；
四、光刻基极图形，以基极图形的光刻胶为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉基极上方的介质薄膜；
五、蒸发金属并进行剥离，形成基极金属；
六、以基极金属和发射极金属为掩膜，利用干法刻蚀工艺刻蚀掉器件周围的介质薄膜。
2.根据权利要求1所述的一种实现镓砷锑双异质结双极型晶体管基极金属化的方法，其特征是在光刻基极图形之前，1）利用介质薄膜保护住基区材料GaAsSb，2）再光刻基极图形并利用干法刻蚀的方法将基极图形转移到介质薄膜之上，3）再完成基极金属的蒸发与剥离；整个工艺过程中显影液与基区材料不会直接接触，从而避免了显影液对基区材料的腐蚀。
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