CN108682668A

CN108682668A - 一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用

Info

Publication number: CN108682668A
Application number: CN201810687027.0A
Authority: CN
Inventors: 蔡文必; 周泽阳; 林光耀; 刘胜厚; 许若华; 邹冠; 蔡仙清; 林志东; 王文平
Original assignee: Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three
Current assignee: Integrated Circuit Co Ltd Is Pacified By Xiamen City Three; Xiamen Sanan Integrated Circuit Co Ltd
Priority date: 2018-06-28
Filing date: 2018-06-28
Publication date: 2018-10-19

Abstract

本发明公开了一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用，包括粘附金属层和主体金属层，粘附金属层粘附在晶圆上，主体金属层叠加在粘附金属层上；还包括保护层，保护层叠加在主体金属层上，保护层为惰性金属。本发明改善标记金属经高温工艺后的形貌，从而提高标记金属表面平整度以及边缘质量以提高光刻对准精度，提升器件的性能和成品率。

Description

一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及半导体器件的加工领域，特别涉及一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用。

背景技术

随着半导体工艺的发展，半导体芯片的面积越来越小，芯片内的线宽也不断缩小，半导体工艺受到的挑战也越来越大，工艺的精度与工艺变异的控制也变得愈加重要。在半导体芯片制造过程中，光刻是非常核心的工艺之一，其通过涂胶、对准、曝光、显影等一系列步骤将掩模版上设计的图形转移到半导体晶圆（以下简称为“晶圆”）上，光刻工艺的质量直接影响到最终形成芯片的性能。

在光刻过程中，通常在半导体圆片上设置光刻对准标记，光刻对准标记包括光刻对位标记和光刻套刻对准标记。为将掩模图形精确转移到晶圆上，关键的步骤是实现掩模版与晶圆的精确对准，以满足对准精度的需求。当特征尺寸越来越小时，对其准精度要求也越来越高。因此，业内对提高光刻对准精度做了大量研究，但所制作的对准标记绝大部分基于常温或低温半导体工艺，而对高温（＞800℃）半导体工艺的特殊制程所使用的对准标记研究较少。

第三代半导体材料GaN由于具有大禁带宽度(3.4eV)、高电子饱和速率(2×10⁷cm/s)，高的击穿电场(1×10¹⁰～3×10¹⁰ V/cm)，较高热导率, 耐腐蚀和抗辐射性能，成为当前研究热点，具有广阔的应用前景。尤其是AlGaN/GaN异质结结构的HEMT(High electronmobility transistors)具有高频、高功率密度以及高工作温度的优点，是固态微波功率器件和功率电子器件的发展方向。

但由于其工艺的特殊性，在制作GaN器件的欧姆接触时需要经历高温过程，如常规Ti/Al/Ni/Au的金属体系的高温退火形成欧姆接触，所需退火温度＞800℃；或非合金欧姆金属工艺的Si离子注入后的高温激活工艺，所需激活温度＞900℃。高温工艺过程往往使对准标记金属表面变粗糙，降低光刻准精度，影响器件性能和成品率。

为此当前有报道采用蚀刻GaN 表面外延层来制备对准标记的方法，但该方法对蚀刻的深度要求较高，当蚀刻深度比较浅时，光刻机检测套刻标记的信号强度弱，对设备要求高；当蚀刻深度较深时，对准标记随着蚀刻深度的加厚而逐渐模糊，存在精度下降的问题，且蚀刻深度深对设备产能也是种浪费。如中国200610127868.3中揭示的一种电子束对准标记的制作方法及其应用，其采用TI/PT金属结构作为对准标记的金属结构，对衬底材料采用光刻方法进行光刻，在衬底材料最顶层的铝镓氮外延层形成电子束对准标记。有效解决了高温退火后对准标记金属形貌发生变化而导致电子束曝光机无法准确辨认对准标记的问题。但是，如图1所示，在实际器件制作过程中，传统耐高温金属表面容易出现多余物沾污，导致标记金属形貌粗糙，影响后续工艺套刻精度。

因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用，本案由此产生。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种耐高温金属对准标记及其制备方法和应用，改善标记金属经高温工艺后的形貌，从而提高标记金属表面平整度以及边缘质量以提高光刻对准精度，提升器件的性能和成品率。

为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：

一种耐高温金属对准标记，包括粘附金属层和主体金属层，粘附金属层粘附在晶圆上，主体金属层叠加在粘附金属层上；还包括保护层，保护层叠加在主体金属层上，保护层为惰性金属。

进一步，保护层为Ti、WTi、W、TiN、AlN、TaN、WN、WTiN、Mo中的一种。

进一步，保护层的厚度为2~20nm。

进一步，粘附金属层为Ti、WTi、W、TiN、AlN中的一种。

进一步，主体金属层为Pt、Pd、Mo、W、WN、AlN、WTi中的一种。

进一步，保护层为多层金属堆积而成。

进一步，保护层为Ti/Pt/Ti、Mo/Ti、WTi/Mo。

进一步，粘附金属层为Ti，厚度为5～20nm；主体金属层为Pt，厚度为20～100nm；保护层为Ti，厚度为2～20nm。

进一步，粘附金属层，主体金属层和保护层采用相同的金属材料。

进一步，粘附金属层为W，厚度为5～20nm；主体金属层为W，厚度为20～100nm；保护层为W，厚度为2～20nm。

一种耐高温金属对准标记的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：采用光刻方法制作标记图形；

步骤二：采用电子束蒸镀或溅镀耐高温标记金属；在本底真空下蒸镀或溅镀粘附金属层、主体金属层和保护层；

步骤三：耐高温标记金属剥离去除光刻胶；

步骤四：耐高温标记金属与后续制作的欧姆金属一起进行高温退火。

一种耐高温金属对准标记应用在GaN基器件、GaAs基器件、InP基器件、SiC基器件、Si基器件上。

采用上述方案后，由于本发明在传统耐高温金属标记基础上增加标记钝化保护层，保护标记金属表面。本发明的耐高温标记金属体系采用耐高温、热迁移弱、不与半导体材料和工艺制程材料反应的惰性金属，其提高了标记金属的热稳定性，改善标记金属经高温工艺后的表面粗糙及边缘不平现象，提高标记金属的识别精度；该标记金属可运用在所有半导体器件制造工艺上，尤其在高温工艺上优势明显。

附图说明

图1是传统标记金属经高温退火后的形貌图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的保护层多层结构的示意图；

图4是本发明对准标记金属制作示意图；

图5是本发明基于耐高温金属对准标记的器件制作流程图；

图6是本发明的标记金属经高温退火后的形貌图。

标号说明

晶圆1 光阻2 标记金属3

粘附金属层31 主体金属层32 保护层33。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。本发明所揭示的是一种耐高温金属对准标记，如图2所示，为本发明的较佳实施例，包括粘附金属层31、主体金属层32和保护层33。

粘附金属层31粘附在晶圆1上，主体金属层32叠加在粘附金属层31上；保护层33叠加在主体金属层32上，保护层33为惰性金属。

保护层33，除了耐高温的要求外，还要求不与工艺制程中的材料相互反应，其改善标记金属经高温工艺后形貌的同时保护标记金属表面隔绝多余物沾污。进一步，保护层33为Ti、WTi、W、TiN、AlN、TaN、WN、WTiN、Mo中的一种。

进一步，保护层33的厚度为2~20nm，若保护层33的厚度太薄，达不到保护的要求，影响保护效果，若保护层33的厚度太厚，生产工艺成本偏高。

粘附金属层31，除了耐高温外的要求外，还要求其具有较强的粘附性，易与半导体材料粘附。进一步，粘附金属层31为Ti、WTi、W、TiN、AlN中的一种。

主体金属层32为对准标记的主体金属，因此，除了耐高温的要求外，还要求其表面平整度高。进一步，主体金属层32为Pt、Pd、Mo、W、WN、AlN、WTi中的一种。

为了满足不同产品的需求，可以根据金属材料特性及工艺调整，保护层33可能出现多层金属结构。

如图3中a所示，保护层33为三层，分别为Ti/Pt/Ti。如图3中b所示，保护层33为二层，分别为Mo/Ti、WTi/Mo。

在本发明一实施例中，粘附金属层31为W，厚度为5～20nm；主体金属层32为W，厚度为20～100nm；保护层33为W，厚度为2～20nm。只要能满足粘附金属层31具有耐高温和较强的粘附性的要求，主体金属层32耐高温的要求，保护层33耐高温和不与工艺制程材料相互反应的要求。粘附金属层31，主体金属层32和保护层33的金属可以采用相同的材料。

在本发明的另一实施例中，粘附金属层31为Ti，厚度为5～20nm；主体金属层32为Pt，厚度为20～100nm；保护层33为Ti，厚度为5～20nm。

如图4和图5所示，本发明还公开了一种耐高温金属对准标记的制备方法，下面以制备GaN HEMT功率器件为例说明本发明的方法。

首次，清洗晶圆；对GaN晶圆1进行清洗工艺，去除圆片表面的有机物及粘附的多余物；本步骤中，采用SSEC高压剥离机进行自动有机清洗，其清洗步骤依次经过1）恒温为50～80℃的N甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡6～60min；2）恒温为50～80℃的NMP在600～2000psi高压下冲洗1～5min；3）常温异丙醇（IPA）冲洗0.3～2min；4）室温去离子水冲洗2～5min；5）50～80℃热氮气吹干。

接着，制备耐高温金属对准标记，包括以下步骤：

步骤一：采用光刻方法制作标记图形；1）涂覆浸润剂：利用自动涂胶台，对圆片在100～1000rpm转速下表面涂覆一层浸润剂HMDS，增加后续涂覆的光刻胶对圆片的浸润性。2）涂覆光刻胶：利用涂胶台，在转速800～5000rpm下涂覆反转胶AZ5214，胶厚0.5～2um，其后90～150℃下烘烤0.5～5min，使光刻胶固化；3）曝光：对AZ5214进行反曝光反转后，利用stepper曝光机，根据所需求光刻版，对圆片进行曝光。4）显影：将曝光后圆片浸泡溶度为5～50%显影液（显影液在水中的体积比，下同）中显影0.2～3min ，去除标记图形上的光刻胶；5）坚膜：显影后的圆片在温度为90～120℃恒温热板上烘烤0.5～5min，去除光刻中的水汽及溶剂。

步骤二：采用电子束蒸镀耐高温标记金属；在本底真空下蒸镀粘附金属层、主体金属层和保护层；1）金属蒸镀前酸/碱清洗，去除圆片表面生成的氧化层，本实施例中采用溶度为5～50%的HCl溶液浸泡0.3～3min；2）采用电子束蒸镀台蒸镀标记金属，本实施例中在本底真空（<1E-6mbar）下，蒸镀厚度依次为其厚度依次为粘附金属层31为Ti，其厚度为5～nm、主体金属层32为 Pt，其厚度为50nm、保护层33为Ti，其厚度为20nm的Ti/Pt/Ti金属体系。标记为样品1号。

步骤三：耐高温标记金属剥离去除光刻胶；本步骤中，采用SSEC高压剥离机进行自动有机剥离，其剥离步骤与有机清洗步骤类似依次经过：1）恒温为50～80℃的N甲基吡咯烷酮（NMP）浸泡6～60min；2）恒温为50～80℃的NMP在600～2000psi高压下冲洗1～5min；3）常温异丙醇（IPA）冲洗0.3～2min；4）室温去离子水冲洗2～5min；5）50～80℃热氮气吹干。其后采用氧气（O₂）等离子体处理0.2～3min，确保光刻胶去除效果。

步骤四：耐高温标记金属高温退火。利用标记金属通过光刻、金属化、剥离等工艺制作欧姆金属后，进行800～950℃，20～60s的快速热退火，使欧姆金属实现欧姆接触。

以经高温退火后的标记金属做为光刻对准标记，如图5所示，晶圆依次经过隔离工艺：用金属对准标记进行套刻，用光阻做掩膜，对有源区进行离子注入隔离；栅脚制作及栅金属套刻工艺：用金属对准标记进行套刻，进行栅金属制作；无源器件制作：用金属对准标记进行套刻，进行无源器件制作；互联金属制作工艺：用金属对准标记进行套刻，进行器件金属互联；以实现GaN 射频器件的制作。

本发明还公开了另一种耐高温金属对准标记的制备方法，步骤一：采用光刻方法制作标记图形；1）涂覆浸润剂：利用自动涂胶台，对圆片在100～1000rpm转速下表面涂覆一层浸润剂HMDS，增加后续涂覆的光刻胶对圆片的浸润性。2）涂覆光刻胶：利用涂胶台，在转速800～5000rpm下涂覆反转胶AZ5214，胶厚0.5～2um，其后90～150℃下烘烤0.5～5min，使光刻胶固化；3）曝光：对AZ5214进行反曝光反转后，利用stepper曝光机，根据所需求光刻版，对圆片进行曝光。4）显影：将曝光后圆片浸泡溶度为5～50%显影液（显影液在水中的体积比，下同）中显影0.2～3min ，去除标记图形上的光刻胶；5）坚膜：显影后的圆片在温度为90～120℃恒温热板上烘烤0.5～5min，去除光刻中的水汽及溶剂。

步骤二：采用溅镀耐高温标记金属；在本底真空下溅镀粘附金属层、主体金属层和保护层；1）金属溅镀前酸/碱清洗，去除圆片表面生成的氧化层，本实施例中采用溶度为5～50%的HCl溶液浸泡0.3～3min；2）采用溅镀台溅镀标记金属，本实施例中在本底真空（<1E-6mbar）下溅镀，厚度依次为其厚度依次为粘附金属层31为W，其厚度为10nm、主体金属层32为 W，其厚度为20nm、保护层33为W，其厚度为5nm，的W金属体系，标记为样品2号。

如图6所示，样品1号的标记金属表面平整，金属边缘光滑无毛刺，有利于提高套刻的识别精度。本发明可以应用在GaN基器件、GaAs基器件、InP基器件、SiC基器件、Si基器件上，适用范围广。

样品3号采用与样品1号一样的制备方法，两者的不同点在于，在步骤二中：蒸镀厚度依次为其厚度依次为粘附金属层31为Ti，其厚度为20nm、主体金属层32为 Pt，其厚度为100nm、保护层33为Ti，其厚度为2nm的Ti/Pt/Ti金属体系。

样品2号和样品3号的标记金属也一样是表面平整，金属边缘光滑无毛刺。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims

1.一种耐高温金属对准标记，其特征在于：包括粘附金属层和主体金属层，粘附金属层粘附在晶圆上，主体金属层叠加在粘附金属层上；还包括保护层，保护层叠加在主体金属层上，保护层为惰性金属。

2.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：保护层为Ti、WTi、W、TiN、AlN、TaN、WN、WTiN、Mo中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：保护层的厚度为2~20nm。

4.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：粘附金属层为Ti、WTi、W、TiN、AlN中的一种。

5.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：主体金属层为Pt、Pd、Mo、W、WN、AlN、WTi中的一种。

6.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：保护层为多层金属堆积而成。

7.根据权利要求6所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：保护层为Ti/Pt/Ti、Mo/Ti、WTi/Mo。

8.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：粘附金属层为Ti，厚度为5～20nm；主体金属层为Pt，厚度为20～100nm；保护层为Ti，厚度为2～20nm。

9.根据权利要求1所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：粘附金属层，主体金属层和保护层采用相同的金属材料。

10.根据权利要求9所述的一种耐高温金属对准标记，其特征在于：粘附金属层为W，厚度为5～20nm；主体金属层为W，厚度为20～100nm；保护层为W，厚度为2～20nm。

11.一种制备如权利要求1所述的耐高温金属对准标记的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：采用光刻方法制作标记图形；步骤二：采用电子束蒸镀或溅镀耐高温标记金属；在本底真空下蒸镀或溅镀粘附金属层、主体金属层和保护层；步骤三：耐高温标记金属剥离去除光刻胶；步骤四：耐高温标记金属与后续制作的欧姆金属一起进行高温退火。

12.一种如权利要求1所述的耐高温金属对准标记的应用，其特征在于：应用在GaN基器件、GaAs基器件、InP基器件、SiC基器件、Si基器件上。