專利名稱:應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法。
背景技術(shù):
在半導(dǎo)體器件和集成電路生產(chǎn)工藝當(dāng)中,需要經(jīng)常進(jìn)行退火工藝。退火工藝主要是在半導(dǎo)體和金屬之間形成電接觸界面,即歐姆接觸界面,這個(gè)工藝過程也被稱作低溫退火或者燒結(jié)。在氮化鎵HFET器件制作工藝中,退火工藝常常用來實(shí)現(xiàn)器件的源漏區(qū)域的歐姆接觸。
對于場效應(yīng)晶體管,器件的柵長對器件的特性(尤其是高頻特性)起到關(guān)鍵的作用。而對于X波段GaN HFET器件,柵長要求達(dá)到亞微米水平。目前,電子束光刻(也稱為電子束直寫曝光技術(shù))工藝具有分辨率高和套刻精度高等優(yōu)點(diǎn),是一種成熟和穩(wěn)定的形成亞微米線條的方法。電子束直寫曝光技術(shù)并沒有實(shí)現(xiàn)普通光刻所需的具體的光刻版,它是直接從電腦中讀取版圖數(shù)據(jù),根據(jù)在電腦上設(shè)計(jì)好的版圖,象用筆做畫一樣在襯底上畫出所需的圖形。這只“筆”就是能夠使電子束膠發(fā)生反應(yīng)的電子束。電子束直寫曝光能制作0.1微米甚至幾十納米的微細(xì)線條,并因?yàn)橛呻娔X控制而具有極高的套刻對準(zhǔn)精度。
然而,電子束光刻工藝具有上述優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)是要有高質(zhì)量的電子束套刻標(biāo)記,使電子束光刻圖形與器件的其它部分實(shí)現(xiàn)精確的套準(zhǔn)。電子束套刻標(biāo)記是先于電子束光刻制作在襯底材料上的,其作用與普通光學(xué)光刻相似,是使電子束直寫圖形在與襯底上的圖形進(jìn)行精確的定位。電子束光刻系統(tǒng)對于套刻標(biāo)記的基本要求是要有良好的表面形貌,因?yàn)殡娮邮饪滔到y(tǒng)是依靠標(biāo)記金屬表面反射的電子信號來辨認(rèn)標(biāo)記位置。如果電子束套刻標(biāo)記的質(zhì)量不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn),致使標(biāo)記金屬反射的信號中噪聲信號大于有用信號,電子束光刻系統(tǒng)將不能準(zhǔn)確辨認(rèn)標(biāo)記位置。此時(shí)電子束光刻工藝將不能順利進(jìn)行,甚至使已經(jīng)做好的工作前功盡棄。因此電子束光刻標(biāo)記的制作是X波段GaN HFET器件工藝中的基礎(chǔ)。
在常規(guī)的用電子束直寫技術(shù)形成柵線條的GaN HFET器件工藝中,為了獲得源漏金屬和柵的精確套刻,通常的工藝步驟如下1.電子束直寫光刻或者普通光學(xué)光刻,形成電子束套刻標(biāo)記,并蒸發(fā)標(biāo)記金屬,金屬組分一般為Ti/Au=200/1000(與源漏金屬不同,不能形成歐姆接觸,但是可以經(jīng)受退火的高溫而保持形貌良好);2.(以電子束套刻標(biāo)記為基準(zhǔn))電子束直寫光刻源漏圖形,并蒸發(fā)源漏金屬;3.退火,使源漏金屬與襯底材料形成良好的歐姆接觸;4.有源區(qū)隔離;5.(以電子束套刻標(biāo)記為基準(zhǔn))電子束直寫制作柵線條,與源漏金屬實(shí)現(xiàn)精確套刻;6.蒸發(fā)柵金屬。
從以上工藝步驟中可以看出,電子束曝光是以對準(zhǔn)標(biāo)記為基準(zhǔn)進(jìn)行精確套刻的。電子束曝光雖然具有分辨率高和套刻精度高的優(yōu)點(diǎn),但是由于其采用直寫技術(shù),曝光時(shí)間相對較長。在以上工藝中的第2步,由于源漏圖形面積較大,利用電子束直寫技術(shù)進(jìn)行光刻將要花費(fèi)大量的時(shí)間。
但是,如果將以上工藝中的第1、2步全部采用普通光學(xué)曝光來制作,同時(shí)利用源漏金屬作為電子束標(biāo)記金屬,只進(jìn)行一次電子束套刻,將節(jié)省大量的工藝時(shí)間,并且不會犧牲電子束直寫曝光的優(yōu)點(diǎn)。
然而,對于GaN HFET器件工藝,其使用的Al/Ti/Au系的源漏歐姆接觸金屬,要在700℃到800℃甚至900℃條件下進(jìn)行退火,才能形成理想的歐姆接觸。在這種溫度下,源漏金屬的表面形貌將普遍變差,無法使電子束曝光系統(tǒng)正常進(jìn)行辨認(rèn),從而無法再進(jìn)行柵線條的光刻。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是關(guān)于一種應(yīng)用在氮化鎵(GaN-Gallium Nitride)等半導(dǎo)體材料器件制作工藝中,解決在高溫退火時(shí)電子束曝光套刻標(biāo)記保護(hù)的方法,是在完成國家“973”課題“X波段GaN HFET(Heterojunction Field EffectTransistor異質(zhì)結(jié)場效應(yīng)晶體管)器件研究”過程中形成的新的工藝方法。
為了解決減少工藝時(shí)間和形成良好標(biāo)記金屬表面形貌這一對矛盾,我們提出了一種有效的方法應(yīng)用于基于氮化鎵等寬禁帶材料器件的電子束曝光中標(biāo)記金屬保護(hù)的包封退火方法。
本發(fā)明是應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,用形成器件中主要電氣連接(源漏歐姆接觸)部分的金屬代替標(biāo)記金屬,在同時(shí)制作完標(biāo)記金屬與源漏金屬之后,于金屬之上沉積介質(zhì),再進(jìn)行退火工藝,以達(dá)到保護(hù)標(biāo)記金屬的目的。該方法在制作HFET器件過程中包括如下步驟本方法的主要步驟包括1.普通光學(xué)方法光刻電子束套刻標(biāo)記和源漏圖形;蒸發(fā)源漏金屬,金屬組分為Al/Ti/Al/Ti/Au=200/300/900/400/800(不采取包封退火方法時(shí)的金屬組分為Al/Ti/Al/Ti/Au=200/300/900/400/2000);光學(xué)光刻形成電子束標(biāo)記和源漏金屬區(qū),沉積歐姆接觸金屬(Al/Ti/Au系金屬);2.沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜,厚度為3000;3.退火,溫度為700-730℃,使源漏金屬與襯底材料形成良好的歐姆接觸;4.刻蝕去掉SiN或者SiO介質(zhì)膜;5.有源區(qū)隔離;6.(以電子束套刻標(biāo)記和源漏金屬為基準(zhǔn))電子束直寫制作柵線條,與源漏金屬實(shí)現(xiàn)精確套刻;電子束光刻柵版;7.蒸發(fā)柵金屬;8.布線。
此應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,是應(yīng)用在氮化鎵半導(dǎo)體材料HFET器件制作工藝中的方法。
用形成器件中主要電氣連接(源漏歐姆接觸)部分的金屬代替標(biāo)記金屬,所用金屬為Al/Ti/Au系。
要同時(shí)制作標(biāo)記金屬與源漏金屬。
在同時(shí)制作完標(biāo)記金屬與源漏金屬之后,于金屬之上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜,厚度為3000,然后進(jìn)行退火工藝。
在金屬之上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜之后進(jìn)行退火工藝,溫度為700-730℃。
通過采用在源漏金屬上沉積SiN或者SiO等介質(zhì)膜的方法,并選取合適的金屬組分,即使經(jīng)過退火以后,源漏金屬的表面形貌仍然保持良好,可以作為電子束套刻標(biāo)記,順利的被電子束光刻系統(tǒng)辨認(rèn),并且使退火溫度降低了100℃左右(同樣的金屬組分不采取包封方法退火時(shí)的溫度為780-830℃)。此方法充分發(fā)揮了電子束光刻的優(yōu)點(diǎn),并且減少了工藝時(shí)間,提高了工作效率。
本方法的目的在于,在需要利用電子束直寫光刻技術(shù)達(dá)到精確套準(zhǔn)的GaN HFET器件工藝當(dāng)中,提供一種通過在退火之前沉積介質(zhì)的方法,在襯底進(jìn)行退火工藝時(shí),保護(hù)電子束直寫曝光所必須的套刻標(biāo)記金屬的方法。通過這種方法,可以使源漏金屬在退火工藝之后,能夠獲得良好的金屬形貌,使之可以替代電子束直寫曝光的套刻標(biāo)記,從而達(dá)到節(jié)省工藝時(shí)間,縮短工藝周期的效果。
為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及所能達(dá)成的功效,下面以GaN HFET工藝流程為例并結(jié)合圖片說明包封退火方法的實(shí)現(xiàn)過程(工藝流程),以及包封退火方法的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn),其中圖1為GaN HFET工藝流程圖;圖2為標(biāo)記金屬退火后的形貌;圖3為源漏金屬沒有沉積介質(zhì)情況下退火后的形貌;圖4為源漏金屬上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜進(jìn)行包封退火后的形貌;具體實(shí)施方式
圖1(a)是通常的工藝步驟;(b)是本發(fā)明的包封退火方法步驟。
從流程圖中可以看出,常規(guī)工藝流程至少多出一步電子束光刻源漏金屬區(qū),并且曝光面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于柵版,這一版的電子束曝光的時(shí)間將是柵版的2~3倍。
圖2中所表示的是標(biāo)記金屬(Ti/Au=200/1000)退火后的形貌。
從圖2中可以看到,標(biāo)記金屬即使在退火之后還可以保持良好形貌。此標(biāo)記能夠被電子束光刻系統(tǒng)順利的辨認(rèn)。
圖3是源漏金屬沒有進(jìn)行介質(zhì)包封的退火后形貌。從圖3中可以看到,源漏金屬在沒有進(jìn)行SiN或者SiO介質(zhì)膜包封的情況下,經(jīng)過退火工藝后,表面已經(jīng)變得很粗糙。這時(shí)雖然可以形成良好的歐姆接觸,但是卻不能被電子束曝光系統(tǒng)辨認(rèn),無法用來當(dāng)作標(biāo)記金屬。
圖中表示源漏金屬(同時(shí)作為標(biāo)記)包封退火后的形貌。
圖4中所示是源漏金屬上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜后進(jìn)行包封退火后的形貌,這時(shí)源漏金屬可以與半導(dǎo)體襯底(如GaN)形成良好的歐姆接觸,并且形貌可以與圖2的標(biāo)記金屬相比擬,可以作為標(biāo)記金屬,并能夠被電子束曝光系統(tǒng)順利辨認(rèn)。
通過應(yīng)用改進(jìn)后的保護(hù)標(biāo)記金屬的方法,可以減少一步長時(shí)間的電子束曝光步驟,使總的電子束曝光時(shí)間減少60-70%。如此顯著的效果對整個(gè)工藝流程具有非常重要的意義,并且為電子束光刻技術(shù)的工業(yè)化提供了一種值得參考的方法。
權(quán)利要求
1.一種應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,用形成器件中主要電氣連接部分的金屬代替標(biāo)記金屬,在同時(shí)制作完標(biāo)記金屬與源漏金屬之后,于金屬之上沉積介質(zhì),再進(jìn)行退火工藝,該方法在制作HFET器件過程中包括如下步驟步驟1光學(xué)光刻形成電子束標(biāo)記和源漏金屬區(qū),沉積歐姆接觸金屬;步驟2于金屬上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜,厚度為3000;步驟3退火,溫度為700-730℃;步驟4刻蝕介質(zhì)去掉SiN或者SiO介質(zhì)膜;步驟5注入隔離;步驟6電子束光刻柵版;步驟7蒸發(fā)柵金屬;步驟8布線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,該方法是應(yīng)用在氮化鎵半導(dǎo)體材料HFET器件制作工藝中的方法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,用形成器件中主要電氣連接部分的金屬代替標(biāo)記金屬,所用金屬為Al/Ti/Au系。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,要同時(shí)制作標(biāo)記金屬與源漏金屬。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,在同時(shí)制作完標(biāo)記金屬與源漏金屬之后,于金屬之上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜,厚度為3000,然后進(jìn)行退火工藝。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法,其特征在于,在金屬之上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜之后進(jìn)行退火工藝,溫度為700-730℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件工藝技術(shù)領(lǐng)域,特別是一種應(yīng)用于基于氮化鎵材料的包封退火方法。包括步驟1光學(xué)光刻形成電子束標(biāo)記和源漏金屬區(qū),沉積歐姆接觸金屬;步驟2于金屬上沉積SiN或者SiO介質(zhì)膜,厚度為3000;步驟3退火,溫度為700-730℃;步驟4刻蝕介質(zhì)去掉SiN或者SiO介質(zhì)膜;步驟5注入隔離;步驟6電子束光刻柵版;步驟7蒸發(fā)柵金屬;步驟8布線。
文檔編號H01L21/28GK1801465SQ20041010187
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者鄭英奎, 魏珂, 和致經(jīng), 劉新宇 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所