晶体管T型发射极或栅极金属图形的制造方法技术

本发明专利技术晶体管Ｔ型发射极或栅极金属图形的制造方法属于半导体集成电路工艺。本方法是先在衬底片上涂两层正性光刻胶，或者先淀积一层ＳｉＯ↓［２］或ＳｉＮ介质层后涂正性光刻胶，然后光刻出发射极或栅极窗口图形，再用等离子体刻蚀将上层光刻胶上的窗口图形转移到底层光刻胶或介质层上，适当扩大窗口后蒸发或溅射发射极所需金属，再经剥离获得Ｔ型发射极或栅极金属图形。本方法适用于多种金属，使发射区和基区面积大为缩小，器件频率特性提高。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及半导体器件及集成电路制造工艺中晶体管发射极或栅极金属图形的制造方法。用砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)半导体材料制造的异质结双极晶体管(以下简称HBT)广泛地应用在移动通讯和光纤通讯中。特别是这类器件中的T型发射极金属自对准的HBT，因为具有可缩小其发射区和基区的面积、降低基区电阻的特点，因而可提高HBT的频率特性。制造这类器件的技术关键之一是其发射极特别是T型发射极金属图形的制作方法。现有技术制作HBT的T型发射极金属图形的方法主要有以下三种第一、常规套刻法。附图说明图1和图2是已有技术常规套刻法制作T型发射极金属图形的示意图。图1为俯视图。图2为纵向剖面图。图中表示了发射区1，基区2，位于两侧的集电极区3。由于晶体管各极的金属引出线需要套刻在各区之中，而发射区1及基区2的面积受光刻精度和对准间距的限制不可能缩得很小，因此其结电容很大，并且金属接触孔不能覆盖整个区域，所以各级串联电阻也较大。图2中标号的含义与图1相同，标号11、12、13、14则分别表示发射区、基区、集电区及亚集电区。第二、湿法侧向腐蚀法。如美国专利5994194所公开的，用湿法侧向腐蚀发射极形成T型发射极，并使基区金属与发射极自对准。湿法侧向腐蚀的缺点是(1)可控性差。因为湿法腐蚀受衬底表面状况、界面粘附和腐蚀液性能等条件影响大。(2)适用的金属极少。事实上，既能被某种不腐蚀衬底材料的化学试剂湿法腐蚀，又能形成良好欧姆接触的金属极少。用此法制出的发射极也难以做到最佳的欧姆接触。第三、等离子体刻蚀双层金属法。如Hiroshi MASUDA等在IEICETRANS ELECTRON.，VOL.E82-C，NO.3 MARCH 1999上发表的“HighPerformance InP/InGaAs HBTs for 40-Gb/s Optical Transmission ICs”文中所述。这种方法要求用作发射极引线的上下两层金属均能被等离子体刻蚀，并且下层要比上层刻得快。这种限制使得可选的金属非常有限。现有技术报导仅见W/WSi和Al/WSi两种组合。众所周知，钨硅(WSi)的导电性能差。铝(Al)的热稳定性和可靠性不佳，并且在后步工序中容易被腐蚀。还有，铝表面易被氧化，对后面的多层布线、连线均有不良影响。另外，等离子体刻蚀两层金属并侧向刻蚀，还会对片子表面产生一定的损伤。故这种方法并不是最理想的选择。金属半导体场效应晶体管(以下简称MESFET)和膺配高电子迁移率晶体管(以下简称PHEMT)是另外一类广泛应用于通讯设备的半导体器件。这类器件都有栅极。为了提高其工作频率，降低噪声，必须缩短这类器件的栅长，但栅长的缩短会增加栅极的串连电阻，解决的这一矛盾的办法就是使栅极制备成T型。同时也要减小栅极金属上的串连电阻，解决的方案就是采用T型金属栅极结构。T型栅极通常采用三层胶工艺(参见J.S.Weiner，J.M.Kuo等Bell Labs/Lucent Technologies，MurrayHill，New Jersey 07974，Eletrochemical Society Proceedings，Volume 98-12P288)和电镀方案(参见A.Ceronio等CONFERENCE PROCEEDINGSGAAS 2000，P117，October 2000)形成MESFET和PHEMT的T型栅极金属。上述“三层胶”工艺因采用PMMA、MAA等光刻胶，故需用电子束或X射线曝光，它对通常大规模生产用的G线和I线光谱的光刻不适用。而以电镀形成栅极其工艺复杂，效率低，均匀性差。且电镀获得的金属膜的电导率及致密度都不及蒸发或溅射形成的金属膜。因此，以上两种形成T型栅极的办法对目前大规模生产而言，均有不理想之处。本专利技术的目的是提供晶体管T型发射极或栅极金属图形的制造方法，制作HBT的T型发射极金属图形使发射极与基极得以自对准，其发射区和基区面积大为缩小，降低基区串联电阻提高工作频率；用于MESFET和PHEMT的T型栅极制作，可使其器件频率特性提高，噪声系数降低；并且本专利技术方法可以用多种低电阻率金属制作发射极或栅极连线，并能形成欧姆接触，而且图形尺寸容易控制，工艺的一致性和重复性好。本专利技术晶体管T型发射极或栅极金属图形的制作方法，采用包括光刻机、等离子体刻蚀机、蒸发或/和溅射设备、浸泡剥离设备，在光刻和显影之后，用反应离子刻蚀(简称RIE)或感应耦合等离子体刻蚀(简称ICP)，将上层光刻胶上的发射极或栅极窗口图形转移到下层的光刻胶或介质层上，然后用无掩膜泛曝光或强显影，或用等离子体刻蚀将上层胶窗口适当扩大，再蒸发或溅射发射极或栅极所需金属，然后经浸泡剥离，从而获得T型发射极或栅极金属图形。按本专利技术方法中几个主要的具体工艺步骤的区别，本专利技术方法又分成两种技术方案(1)上层光刻胶图形转移至下层光刻胶，和(2)上层光刻胶图形转移至介质层(即牺牲层)。以下分别陈述。第一种技术方案一上层光刻胶图形转移至下层光刻胶，晶体管T型发射极或栅极金属图形制作方法包括如下主要步骤第1步光刻，又细分为以下工序(1)涂胶，首先在HBT或MESFET或PHEMT衬底片表面涂一层PMMA或PMMA-MAA正性光刻胶形成下层光刻胶层I，再在其上涂正性光刻胶如AZ-5240或常规G线i线胶形成上层光刻胶层II。(2)光刻曝光采用具有G、H、I线光源的接触式曝光机或投影光刻机，用与所需发射极或栅极窗口相同图形的掩膜进行光刻曝光，(3)图形反转处理；(4)无掩膜泛曝光处理；(5)显影生成所需发射极或栅极窗口图形。第2步等离子体刻蚀在RIE或ICP刻蚀机中，通入氧气，气压约1Pa，功率密度一般在0.1～0.2W/cm2为宜。将发射极窗口的图形由上层光刻胶层II转移到下层光刻胶层I。第3步泛曝光或强显影。有泛曝光加显影和强显影两种方式，选用其中一种(1)泛曝光加显影无掩模地再次曝光，然后显影，使上层光刻胶层II上的发射极或栅极窗口扩大，适当调整泛曝光及显影时间长短，可以得到不同宽度扩张的窗口。(2)强显影用比第一次显影用的浓度更高的显影液显影，使上层光刻胶层II上的发射极或栅极窗口适当的扩大。适当调整显影液的浓度或增减此次泛曝光及显影时间长短，可以得到不同宽度扩张的窗口。第4步蒸发或溅射，然后剥离。又分为以下三工序(1)蒸发或溅射或溅射加蒸发制备发射极或栅极所需金属；(2)浸泡剥离将蒸发或溅射了发射极或栅极金属的片子浸入丙酮中约3～5分钟，剥离获得所需T型发射极或栅极金属图形，(3)蒸发基区金属，以T型发射极金属为掩模，腐蚀出发射极台面，露出基区后蒸发基区金属，形成发射极—基区金属自对准；或以T型栅金属为掩模，直接蒸发源漏金属，实现栅与源漏的自对准。本专利技术方法的第二种技术方案—上层光刻胶图形转移至介质层(即牺牲层)，晶体管T型发射极或栅极金属图形制作方法包括如下主要步骤第1步淀积在HBT或MESFET或PHEMT外延片表面淀积一层SiO2或SiN介质层作为牺牲层。第2步光刻，又细分为以下工序(1)涂胶，在SiO2或SiN介质层表面涂正性光刻胶，如AZ-5240或常规G线i线光刻胶，形成上层光刻胶层II；(2)光刻曝光采用具有G、H、I线光源的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶体管Ｔ型发射极或栅极金属图形的制作方法，采用包括光刻机、刻蚀机、蒸发或溅射设备、浸泡剥离设备，其特征是先在衬底片上涂两层正性光刻胶，或者先在衬底片的表面淀积一层ＳｉＯ↓［２］或ＳｉＮ介质层，再在其上涂正性光刻胶；然后在上层正性光刻胶上光刻出发射极或栅极窗口图形，再用等离子体刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，将上层光刻胶上的发射极或栅极窗口图形转移到下层的光刻胶或介质层上，然后用无掩模泛曝光或强显影或等离子体刻蚀将上层胶窗口适当扩大，继而通过蒸发或溅射制备发射极或栅极所需金属，再经浸泡剥离，从而获得Ｔ型发射极或栅极金属图形。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种晶体管T型发射极或栅极金属图形的制作方法，采用包括光刻机、刻蚀机、蒸发或溅射设备、浸泡剥离设备，其特征是先在衬底片上涂两层正性光刻胶，或者先在衬底片的表面淀积一层SiO2或SiN介质层，再在其上涂正性光刻胶；然后在上层正性光刻胶上光刻出发射极或栅极窗口图形，再用等离子体刻蚀或感应耦合等离子体刻蚀，将上层光刻胶上的发射极或栅极窗口图形转移到下层的光刻胶或介质层上，然后用无掩模泛曝光或强显影或等离子体刻蚀将上层胶窗口适当扩大，继而通过蒸发或溅射制备发射极或栅极所需金属，再经浸泡剥离，从而获得T型发射极或栅极金属图形。2.按照权利要求1所述的晶体管T型发射极或栅极金属图形的制作方法，其特征是当用涂两层正性光刻胶方式时，该方法包括如下主要步骤第1步光刻，又细分为以下工序(1)涂胶，首先在HBT或MESET或PHEMT衬底片表面涂一层PMMA或PMMA-MAA正性光刻胶形成下层光刻胶层I，再在其上涂正性光刻胶如AZ-5240或常规G线或i线胶形成上层光刻胶层II，(2)光刻曝光，采用具有G、H、i线光源的接触式曝光机或投影光刻机，用与所需发射极或栅极窗口相同图形的掩模进行光刻曝光，(3)图形反转处理，(4)泛曝光无掩模泛曝光处理；(5)显影，生成所需发射极或栅极窗口图形；第2步等离子体刻蚀，在反应离子刻蚀机或感应耦合等离子体刻蚀机中进行，通入氧气，气压约1Pa，功率密度为0.1-0.2W/cm2，将发射极或栅极窗口的图形由上层光刻胶层II转移到下层光刻胶层I上；第3步泛曝光或强显影扩大窗口有两种方式，选用一种(1)泛曝光加显影无掩模地再次曝光，然后显影，使上层光刻胶层II上的发射极或栅极窗口扩大，适当调整泛曝光及显影时间长短，可以得到不同宽度扩张的窗口，(2)强显影不用泛曝光而只用强显影，即用比第一次显影所用的浓度更高的显影液显影，使上层光刻胶层II上的发射区窗口适当的扩大，适当调整显影液的浓度及显影时间的长短，可以得到不同宽度扩张的窗口；第4步蒸发或溅射，然后剥离，又分为以下三工序，(1)蒸发或溅射，或溅射加蒸发制备发射极或栅极所需金属，工作在蒸发或溅射设备上进行，或者先后用两种设备进行；(2)浸泡剥离，将蒸发或溅射了发射极或栅极金属的片子浸入丙酮中约3-5分钟，剥离获得所需T型发射极或栅极金属图形；(3)蒸发基区金属，以T型发射极金属为掩模，腐蚀出发射极台面，使曝露出基区，然后蒸发基区金属，形成发射极与基区金属自对准结构。3.按照权利要求1所述的晶体管T型发射极或栅极金属图形的制作方法，其特征是当用先在衬底片的表面淀积一层SiO2或SiN介质层，然后在其上涂正性光刻胶方式时，该方法包括如下主要步骤第1步，淀积在HBT或MESFET或PHEMT外延片表面淀积一层SiO2或SiN介质层作为牺牲层，第2步，光刻又细分为以下工序(1)涂胶在SiO2或SiN介质层表面涂正性光刻胶，如AZ-5240或常规G线i线光刻胶，形成上层光刻胶层II，(2)光刻曝光采用具有G、H、i线光源的接触式曝光机或投影光刻机，用掩模按所需发射极或栅极窗口图形进...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘训春，李无瑕，王润梅，钱永学，吴德馨，张龙海，郑坚斌，罗明雄，
申请(专利权)人：中国科学院微电子中心，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]