CN112271135B - 一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，包括以下步骤：S1、清洗硅片，去除硅片表面污垢；S2、在硅片表面磁控溅射Au金属膜层；S3、采用光刻工艺，在Au金属膜层表面制备IMPATT二极管管芯电极图形；S4、配置腐蚀溶液，腐蚀溶液由体积比1:1:1的Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液与K3Fe(CN)6溶液混合构成；Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液以及K3Fe(CN)6溶液的浓度均为10％；通过腐蚀溶液按照湿法腐蚀工艺对Au金属膜层进行图形化腐蚀；S5、采用有机溶剂去除光刻胶，得到IMPATT二极管管芯电极；该方法提高了晶圆级Au膜层图形化腐蚀工艺后的线条控制精度，且实施成本较低,减小环境污染。

Description

一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法
技术领域
本发明涉及毫米波雪崩二极管管芯制备技术领域，具体是一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法。
背景技术
雪崩二极管是六十代中期开始发展起来的一种新型的微波半导体功率器件，全名是碰撞电离雪崩渡越时间二极管，即“Impact ionization avalanche transit time”（IMPATT） ，通常称为IMPATT管或IMPATT二极管，它是雪崩倍增效应和渡越时间效应两个物理过程所形成的相位延迟的负阻有源器件。IMPATT二极管的工作原理是利用半导体器件结构中的载流子（电子与空穴）碰撞电离和渡越时间两种物理效应之间的相互作用，使二极管在很高的频率下产生较大的微波功率输出。IMPATT二极管在高于60GHz直至400GHz的频率其功率电平比其它类型二极管高，如硅基微波三极管、砷化镓及磷化铟Gunn体效应二极管、硅基CMOS器件及化合半导体HEMT器件等。当前硅基雪崩二极管的振荡频率能覆盖30～300GHz的整个毫米波波段，其最高振荡频率目前超过400GHz。
IMPATT二极管电极承担着n+/p+区金属欧姆接触、器件的散热体、器件的机械承载体作用，电极结构对器件的电学连接、器件的散热能力(器件的热阻)、器件的动态参数、机械强度及器件的可靠性等都有重要的影响。需要从上述多个方面去研究和设计器件的金属电极结构，要研究Au膜层层厚度及图形化方法，研究金属层厚度均匀性控制技术与线宽精度的控制等技术。
目前，管芯制备存在的问题是：一、电极Au膜层图形化湿法工艺稳定性较差，直接影响降低器件电性能及可靠性能；二、现有碘配碘化钾腐蚀溶液腐蚀速率较慢，均匀性不可控，腐蚀完成后线条形貌不佳，线宽精度难以控制；三、现有碘配碘化钾腐蚀溶液对人身体及环境会造成极大的危害,回收处理费用极高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，该方法提高了晶圆级Au膜层图形化腐蚀工艺后的线条控制精度，且实施成本较低,减小环境污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，包括以下步骤：
S1、清洗硅片，去除硅片表面污垢；
S2、在硅片表面磁控溅射Au金属膜层；
S3、采用光刻工艺，在Au金属膜层表面制备IMPATT二极管管芯电极图形；
S4、配置腐蚀溶液，腐蚀溶液由体积比1:1:1的Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液与K3Fe(CN)6溶液混合构成；Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液以及K3Fe(CN)6溶液的浓度均为10％；
通过腐蚀溶液按照湿法腐蚀工艺对Au金属膜层进行图形化腐蚀；
S5、采用有机溶剂去除光刻胶，得到IMPATT二极管管芯电极。
进一步的，步骤S1清洗时采用浓硫酸和过氧化氢的混合试剂进行清洗，浓硫酸和过氧化氢的体积比为3:1；清洗后再采用氢氟酸去除硅片表面的自然氧化层；然后用去离子水冲洗；最后氮气保护离心干燥。
进一步的，步骤S2磁控溅射时间10分钟，溅射电压0.5kv，溅射电流0.5A，Au金属膜层厚度 5000±100Å。
进一步的，步骤S3光刻工艺按以下步骤执行：
S31、匀胶，
选用正性光刻胶，先在硅片表面用HMDS进行增粘处理，然后旋转涂胶，胶厚1.0±0.1μm；
S32、前烘，
将涂覆好光刻胶的硅片放入热板中，温度设置为90±5℃，时间为10±2min；
S33、曝光，
用光刻掩模版在光刻机上进行图形套准曝光，套准精度为±0.05μm；
S34、显影，
采用5％KOH溶液作为显影液进行显影，显影温度25±1℃，显影时间1±0.1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm；
S35、后烘，
将显影后的硅片放入烘箱中，第一区域温度：120±5℃，第二区域温度：130±5℃，第三区域温度150±5℃，时间为20±2min。
进一步的，步骤S5有机溶剂采用体积比1:1的C3H7ON与NH2(CH2)OH混合溶液，C3H7ON与NH2(CH2)OH浓度均为99.90%；去除光刻胶时的加热温度为120±5℃，时间为15±1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm。
本发明的有益效果是，硫脲腐蚀金是一项低毒腐蚀金的工艺，硫脲溶液腐蚀Au具有腐蚀速率高，均匀性好，线宽精度控制较高，毒性较小，有害影响因素较小等特点；从硫脲本身的微观结构出发,依据量子化学理论,系统研究了硫脉分子的结构，稳定剂的结构及其与碱性硫脲稳定性之间的关系，找到了一种能使硫脲在碱性介质中稳定的更有效的稳定剂硫代硫酸钠,减少了硫脲在腐蚀过程中的消耗，铁氰化钾K3Fe(CN) 6作为氧化剂，在碱性条件下硫脲腐蚀Au的过程中,Au也必须首先氧化成Au+,然后Au+与硫脉反应生成金的配阳离子；本方法提高了晶圆级Au膜层图形化腐蚀工艺后的线条控制精度，且实施成本较低,减小环境污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明步骤S1的示意图；
图2是本发明步骤S2的示意图；
图3是本发明步骤S3的示意图；
图4是本发明步骤S4的示意图；
图5是本发明步骤S5的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，包括以下步骤：
S1、如图1所示，清洗硅片1，去除硅片表面污垢；
采用N型（111）2寸硅晶圆片，电阻率2－5Ω.cm,厚度350μm，清洗时采用浓硫酸和过氧化氢的混合试剂进行清洗，浓硫酸和过氧化氢的体积比为3:1；清洗后再采用氢氟酸去除硅片表面的自然氧化层；然后用去离子水冲洗；最后氮气保护离心干燥；
S2、结合图2所示，在硅片1表面磁控溅射Au金属膜层2；
磁控溅射时间10分钟，溅射电压0.5kv，溅射电流0.5A，Au金属膜层厚度 5000±100Å；
S3、采用光刻工艺，在Au金属膜层表面制备IMPATT二极管管芯电极图形3；
光刻工艺按以下步骤执行：
S31、匀胶，
选用正性光刻胶，先在硅片表面用HMDS进行增粘处理，然后旋转涂胶，胶厚1.0±0.1μm；
S32、前烘，
将涂覆好光刻胶的硅片放入热板中，温度设置为90±5℃，时间为10±2min；
S33、曝光，
用光刻掩模版在光刻机上进行图形套准曝光，套准精度为±0.05μm；
S34、显影，
采用5％KOH溶液作为显影液进行显影，显影温度25±1℃，显影时间1±0.1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm；
S35、后烘，
将显影后的硅片放入烘箱中，第一区域温度：120±5℃，第二区域温度：130±5℃，第三区域温度150±5℃，时间为20±2min；
S4、配置腐蚀溶液，腐蚀溶液由体积比1:1:1的Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液与K3Fe(CN)6溶液混合构成；Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液以及K3Fe(CN)6溶液的浓度均为10％；
通过腐蚀溶液按照湿法腐蚀工艺对Au金属膜层进行图形化腐蚀；
S5、采用有机溶剂去除光刻胶，得到IMPATT二极管管芯电极4；
有机溶剂采用体积比1:1的C3H7ON与NH2(CH2)OH混合溶液，C3H7ON与NH2(CH2)OH浓度均为99.90%；去除光刻胶时的加热温度为120±5℃，时间为15±1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、清洗硅片，去除硅片表面污垢；
S2、在硅片表面磁控溅射Au金属膜层；
S3、采用光刻工艺，在Au金属膜层表面制备IMPATT二极管管芯电极图形；
S4、配置腐蚀溶液，腐蚀溶液由体积比1:1:1的Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液与K3Fe(CN)6溶液混合构成；Na2S2O3溶液、CH4N2S溶液以及K3Fe(CN)6溶液的浓度均为10％，Na2S2O3作为稳定剂，使CH4N2S在碱性介质中更加稳定；
通过腐蚀溶液按照湿法腐蚀工艺对Au金属膜层进行图形化腐蚀；
S5、采用有机溶剂去除光刻胶，得到IMPATT二极管管芯电极。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，其特征在于，步骤S1清洗时采用浓硫酸和过氧化氢的混合试剂进行清洗，浓硫酸和过氧化氢的体积比为3:1；清洗后再采用氢氟酸去除硅片表面的自然氧化层；然后用去离子水冲洗；最后氮气保护离心干燥。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，其特征在于，步骤S2磁控溅射时间10分钟，溅射电压0.5kv，溅射电流0.5A，Au金属膜层厚度 5000±100Å。
4.根据权利要求1所述的一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，其特征在于，
步骤S3光刻工艺按以下步骤执行：
S31、匀胶，
选用正性光刻胶，先在硅片表面用HMDS进行增粘处理，然后旋转涂胶，胶厚1.0±0.1μm；
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S33、曝光，
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S34、显影，
采用5％KOH溶液作为显影液进行显影，显影温度25±1℃，显影时间1±0.1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm；
S35、后烘，
将显影后的硅片放入烘箱中，第一区域温度：120±5℃，第二区域温度：130±5℃，第三区域温度150±5℃，时间为20±2min。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆级Au金属膜层湿法腐蚀图形化的方法，其特征在于，步骤S5有机溶剂采用体积比1:1的C3H7ON与NH2(CH2)OH混合溶液，C3H7ON与NH2(CH2)OH浓度均为99.90%；去除光刻胶时的加热温度为120±5℃，时间为15±1min；然后去离子水冲洗离心干燥，去离子水电阻率≥15MΩ.cm。
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