CN1801465A - 应用于基于氮化镓材料的包封退火方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件工艺技术领域，特别是一种应用于基于氮化镓材料的包封退火方法。包括：步骤1：光学光刻形成电子束标记和源漏金属区，沉积欧姆接触金属；步骤2：于金属上沉积SiN或者SiO介质膜，厚度为3000；步骤3：退火，温度为700－730℃；步骤4：刻蚀介质去掉SiN或者SiO介质膜；步骤5：注入隔离；步骤6：电子束光刻栅版；步骤7：蒸发栅金属；步骤8：布线。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，特别是一种应用于基于氮化镓材料的包封退火方法。
背景技术
在半导体器件和集成电路生产工艺当中，需要经常进行退火工艺。退火工艺主要是在半导体和金属之间形成电接触界面，即欧姆接触界面，这个工艺过程也被称作低温退火或者烧结。在氮化镓HFET器件制作工艺中，退火工艺常常用来实现器件的源漏区域的欧姆接触。
对于场效应晶体管，器件的栅长对器件的特性(尤其是高频特性)起到关键的作用。而对于X波段GaN HFET器件，栅长要求达到亚微米水平。目前，电子束光刻(也称为电子束直写曝光技术)工艺具有分辨率高和套刻精度高等优点，是一种成熟和稳定的形成亚微米线条的方法。电子束直写曝光技术并没有实现普通光刻所需的具体的光刻版，它是直接从电脑中读取版图数据，根据在电脑上设计好的版图，象用笔做画一样在衬底上画出所需的图形。这只“笔”就是能够使电子束胶发生反应的电子束。电子束直写曝光能制作0.1微米甚至几十纳米的微细线条，并因为由电脑控制而具有极高的套刻对准精度。
然而，电子束光刻工艺具有上述优点的基础是要有高质量的电子束套刻标记，使电子束光刻图形与器件的其它部分实现精确的套准。电子束套刻标记是先于电子束光刻制作在衬底材料上的，其作用与普通光学光刻相似，是使电子束直写图形在与衬底上的图形进行精确的定位。电子束光刻系统对于套刻标记的基本要求是要有良好的表面形貌，因为电子束光刻系统是依靠标记金属表面反射的电子信号来辨认标记位置。如果电子束套刻标记的质量不能达到标准，致使标记金属反射的信号中噪声信号大于有用信号，电子束光刻系统将不能准确辨认标记位置。此时电子束光刻工艺将不能顺利进行，甚至使已经做好的工作前功尽弃。因此电子束光刻标记的制作是X波段GaN HFET器件工艺中的基础。
在常规的用电子束直写技术形成栅线条的GaN HFET器件工艺中，为了获得源漏金属和栅的精确套刻，通常的工艺步骤如下：
1.电子束直写光刻或者普通光学光刻，形成电子束套刻标记，并蒸发标记金属，金属组分一般为Ti/Au＝200/1000(与源漏金属不同，不能形成欧姆接触，但是可以经受退火的高温而保持形貌良好)；
2.(以电子束套刻标记为基准)电子束直写光刻源漏图形，并蒸发源漏金属；
3.退火，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触；
4.有源区隔离；
5.(以电子束套刻标记为基准)电子束直写制作栅线条，与源漏金属实现精确套刻；
6.蒸发栅金属。
从以上工艺步骤中可以看出，电子束曝光是以对准标记为基准进行精确套刻的。电子束曝光虽然具有分辨率高和套刻精度高的优点，但是由于其采用直写技术，曝光时间相对较长。在以上工艺中的第2步，由于源漏图形面积较大，利用电子束直写技术进行光刻将要花费大量的时间。
但是，如果将以上工艺中的第1、2步全部采用普通光学曝光来制作，同时利用源漏金属作为电子束标记金属，只进行一次电子束套刻，将节省大量的工艺时间，并且不会牺牲电子束直写曝光的优点。
然而，对于GaN HFET器件工艺，其使用的Al/Ti/Au系的源漏欧姆接触金属，要在700℃到800℃甚至900℃条件下进行退火，才能形成理想的欧姆接触。在这种温度下，源漏金属的表面形貌将普遍变差，无法使电子束曝光系统正常进行辨认，从而无法再进行栅线条的光刻。
发明内容
本发明是关于一种应用在氮化镓(GaN-Gallium Nitride)等半导体材料器件制作工艺中，解决在高温退火时电子束曝光套刻标记保护的方法，是在完成国家“973”课题“X波段GaN HFET(Heterojunction Field EffectTransistor异质结场效应晶体管)器件研究”过程中形成的新的工艺方法。
为了解决减少工艺时间和形成良好标记金属表面形貌这一对矛盾，我们提出了一种有效的方法：应用于基于氮化镓等宽禁带材料器件的电子束曝光中标记金属保护的包封退火方法。
本发明是应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，用形成器件中主要电气连接(源漏欧姆接触)部分的金属代替标记金属，在同时制作完标记金属与源漏金属之后，于金属之上沉积介质，再进行退火工艺，以达到保护标记金属的目的。该方法在制作HFET器件过程中包括如下步骤：
本方法的主要步骤包括：
1.普通光学方法光刻电子束套刻标记和源漏图形；蒸发源漏金属，金属组分为Al/Ti/Al/Ti/Au＝200/300/900/400/800(不采取包封退火方法时的金属组分为Al/Ti/Al/Ti/Au＝200/300/900/400/2000)；
光学光刻形成电子束标记和源漏金属区，沉积欧姆接触金属(Al/Ti/Au系金属)；
2.沉积SiN或者SiO介质膜，厚度为3000；
3.退火，温度为700-730℃，使源漏金属与衬底材料形成良好的欧姆接触；
4.刻蚀去掉SiN或者SiO介质膜；
5.有源区隔离；
6.(以电子束套刻标记和源漏金属为基准)电子束直写制作栅线条，与源漏金属实现精确套刻；电子束光刻栅版；
7.蒸发栅金属；
8.布线。
此应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，是应用在氮化镓半导体材料HFET器件制作工艺中的方法。
用形成器件中主要电气连接(源漏欧姆接触)部分的金属代替标记金属，所用金属为Al/Ti/Au系。
要同时制作标记金属与源漏金属。
在同时制作完标记金属与源漏金属之后，于金属之上沉积SiN或者SiO介质膜，厚度为3000，然后进行退火工艺。
在金属之上沉积SiN或者SiO介质膜之后进行退火工艺，温度为700-730℃。
通过采用在源漏金属上沉积SiN或者SiO等介质膜的方法，并选取合适的金属组分，即使经过退火以后，源漏金属的表面形貌仍然保持良好，可以作为电子束套刻标记，顺利的被电子束光刻系统辨认，并且使退火温度降低了100℃左右(同样的金属组分不采取包封方法退火时的温度为780-830℃)。此方法充分发挥了电子束光刻的优点，并且减少了工艺时间，提高了工作效率。
本方法的目的在于，在需要利用电子束直写光刻技术达到精确套准的GaN HFET器件工艺当中，提供一种通过在退火之前沉积介质的方法，在衬底进行退火工艺时，保护电子束直写曝光所必须的套刻标记金属的方法。通过这种方法，可以使源漏金属在退火工艺之后，能够获得良好的金属形貌，使之可以替代电子束直写曝光的套刻标记，从而达到节省工艺时间，缩短工艺周期的效果。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及所能达成的功效，下面以GaN HFET工艺流程为例并结合图片说明包封退火方法的实现过程(工艺流程)，以及包封退火方法的特点和优点，其中：
图1为GaN HFET工艺流程图；
图2为标记金属退火后的形貌；
图3为源漏金属没有沉积介质情况下退火后的形貌；
图4为源漏金属上沉积SiN或者SiO介质膜进行包封退火后的形貌；
具体实施方式
图1(a)是通常的工艺步骤；(b)是本发明的包封退火方法步骤。
从流程图中可以看出，常规工艺流程至少多出一步电子束光刻源漏金属区，并且曝光面积远远大于栅版，这一版的电子束曝光的时间将是栅版的2～3倍。
图2中所表示的是标记金属(Ti/Au＝200/1000)退火后的形貌。
从图2中可以看到，标记金属即使在退火之后还可以保持良好形貌。此标记能够被电子束光刻系统顺利的辨认。
图3是源漏金属没有进行介质包封的退火后形貌。从图3中可以看到，源漏金属在没有进行SiN或者SiO介质膜包封的情况下，经过退火工艺后，表面已经变得很粗糙。这时虽然可以形成良好的欧姆接触，但是却不能被电子束曝光系统辨认，无法用来当作标记金属。
图中表示源漏金属(同时作为标记)包封退火后的形貌。
图4中所示是源漏金属上沉积SiN或者SiO介质膜后进行包封退火后的形貌，这时源漏金属可以与半导体衬底(如GaN)形成良好的欧姆接触，并且形貌可以与图2的标记金属相比拟，可以作为标记金属，并能够被电子束曝光系统顺利辨认。
通过应用改进后的保护标记金属的方法，可以减少一步长时间的电子束曝光步骤，使总的电子束曝光时间减少60-70％。如此显著的效果对整个工艺流程具有非常重要的意义，并且为电子束光刻技术的工业化提供了一种值得参考的方法。
Claims (6)
1、一种应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，用形成器件中主要电气连接部分的金属代替标记金属，在同时制作完标记金属与源漏金属之后，于金属之上沉积介质，再进行退火工艺，该方法在制作HFET器件过程中包括如下步骤：
步骤1：光学光刻形成电子束标记和源漏金属区，沉积欧姆接触金属；
步骤2：于金属上沉积SiN或者SiO介质膜，厚度为3000；
步骤3：退火，温度为700-730℃；
步骤4：刻蚀介质去掉SiN或者SiO介质膜；
步骤5：注入隔离；
步骤6：电子束光刻栅版；
步骤7：蒸发栅金属；
步骤8：布线。
2、根据权利要求1所述的应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，该方法是应用在氮化镓半导体材料HFET器件制作工艺中的方法。
3、根据权利要求1所述的应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，用形成器件中主要电气连接部分的金属代替标记金属，所用金属为Al/Ti/Au系。
4、根据权利要求1所述的应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，要同时制作标记金属与源漏金属。
5、根据权利要求1所述的应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，在同时制作完标记金属与源漏金属之后，于金属之上沉积SiN或者SiO介质膜，厚度为3000，然后进行退火工艺。
6、根据权利要求1所述的应用于基于氮化镓材料的包封退火方法，其特征在于，在金属之上沉积SiN或者SiO介质膜之后进行退火工艺，温度为700-730℃。
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