專利名稱：磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單片集成制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種晶體管的制造方法，尤其是一種共振遂穿二極管與高電子遷移 率晶體管的集成制造方法，具體地說是一種通過苯并環(huán)丁烯(BCB)平坦化技術(shù)實現(xiàn)磷化 銦基共振遂穿二極管(RTD)與高電子遷移率晶體管(HEMT)單片集成制造方法。
背景技術(shù)：
經(jīng)過近20年的研究，表明InP系材料是到目前為止性能最為優(yōu)異的電子材料之 一，相對于目前高速器件的主流材料GaAs來說，InP材料在性能、尺寸、重量、功率效 率、抗輻射等方面具有明顯優(yōu)勢，是未來高速器件發(fā)展的主流材料。 共振遂穿二極管(RTD)是基于量子遂穿效應(yīng)的一種負阻納米電子器件，具有 響應(yīng)速度快、工作頻率高，功耗低等特點，由RTD串聯(lián)可以構(gòu)成具有自鎖特性的單穩(wěn) 態(tài)-雙穩(wěn)態(tài)邏輯轉(zhuǎn)換單元(MOBLE)，且構(gòu)成相同功能的電路所用共振遂穿二極管比常規(guī) 器件要少，具有簡化電路，降低功耗的作用。高電子遷移率晶體管(HEMT)是目前毫米 波單片集成電路領(lǐng)域最具競爭力的三端器件，具有電子遷移率高、器件跨導大、截止頻 率高、噪聲低、開關(guān)速度快等特點，廣泛應(yīng)用在雷達、衛(wèi)星通訊、汽車防撞雷達以及超 高速數(shù)字電路中。共振遂穿二極管(RTD)與高電子遷移率晶體管(HEMT)單片集成超高 速數(shù)字電路具有結(jié)構(gòu)簡單，靈活多變，可控性很強，制作工藝兼容性好的特點，在未來 超大規(guī)模集成電路(VLSI)等方面有著及其重要的應(yīng)用前景。 據(jù)申請人所知，目前僅有有關(guān)共振遂穿二極管和高電子遷移率晶體管單獨的 制造工作，而無將二者進行集成的相關(guān)報告，文獻IEEE Electron Device Lett, Vol 16， No.3， pp.l27-129， 1996進行了 RTD與HEMT器件的集成，簡單的介紹了集成工藝先 用濕法腐蝕出RTD陰極層，從而確定RTD臺面，然后用選擇性腐蝕液腐蝕到與HEMT材 料的隔離層。 文獻王建林，劉忠立等.RTD與PHEMT集成的幾個關(guān)鍵工藝，半導體學報， Vol.26， No.2， page(s): 390-394。
介紹了 RTD與PHEMT集成的幾個關(guān)鍵工藝用濕法 腐蝕出所需器件臺面，RTD電極的歐姆接觸，PHEMT源漏電極的歐姆接觸，PHEMT柵 電極等的制作工藝。 因此，目前尚無一種完整的磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單 片集成制造方法可供使用，它直接影響了此類高性能電子器件的市場化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對目前缺乏一種完整的行之有效的磷化銦基共振遂穿二極管 與高電子遷移率晶體管單片集成方法影響了其生產(chǎn)和應(yīng)用的問題，發(fā)明一種磷化銦基共 振遂穿二極管(RTD)與高電子遷移率晶體管(HEMT)單片集成制造方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是
—種磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單片集成制造方法，其特 征是它包括以下步驟 步驟1 :在半導體材料磷化銦襯底1上用分子束外延設(shè)備依次生長高電子遷移率 晶體管材料層2、隔離自停止層3和共振遂穿二極管RTD材料層4 ; 步驟2:在共振遂穿二極管材料層4上表面蒸發(fā)形成鈦鉑金金屬層，并用電子束 在共振遂穿二極管材料層4上蒸發(fā)形成的鈦鉑金金屬層上刻寫形成共振遂穿二極管上電
極金屬5 ; 步驟3 :用光學光刻和濕法腐蝕形成共振遂穿二極管上電極臺面51和下電極臺 面61 ; 步驟4:用濕法腐蝕形成共振遂穿二極管下臺面，在下臺面上蒸發(fā)形成鈦鉑金 金屬層，再用光學光刻法在蒸發(fā)形成的鈦鉑金金屬層上形成共振遂穿二極管的下電極金
屬6 ; 步驟5 :用濕法腐蝕去除高電子遷移率晶體管材料層2表面的隔離自停止層3 ;
步驟6:用蒸發(fā)法在高電子遷移率晶體管材料層2上形成金鍺鎳金金屬層，退火 后再用光學光刻在高電子遷移率晶體管材料層4上蒸發(fā)形成的金鍺鎳金金屬層，使之形 成源極7和漏極8 ; 步驟7 :用光學光刻和濕法腐蝕實現(xiàn)高電子遷移率晶體管和共振遂穿二極管之
間的隔離，形成隔離溝10 ; 步驟8 :用電子束刻寫形成高電子遷移率晶體管的柵腳、柵把及柵帽； 步驟9 :用濕法選擇腐蝕形成柵槽91 ; 步驟10 :用電子束蒸發(fā)在柵槽91內(nèi)蒸柵金屬層形成柵極9 ; 步驟ll:用光學光刻和電子束蒸發(fā)法，制作形成金屬接線柱ll， 12， 13， 14，
15 ; 步驟12:澆注苯并環(huán)丁烯16以實現(xiàn)器件平坦化，固化后，用干法刻蝕苯并環(huán)丁 烯16，露出接線柱金屬11， 12， 13， 14， 15; 步驟13:在苯并環(huán)丁烯上做金屬布線，實現(xiàn)共振遂穿二極管和高電子遷移率晶 體管的互聯(lián)即可。 所述的腐蝕出共振遂穿二極管上臺面51所用的腐蝕液為磷酸腐蝕液，腐蝕出共 振遂穿二極管下臺面61所用的腐蝕液為銦鎵砷/鋁砷的銦鎵砷選擇性腐蝕液丁二酸腐蝕 液。 所述的去除隔離自停止層3所用的腐蝕液為鹽酸腐蝕液。 所述的高電子遷移率晶體管的源極、漏極金屬歐姆接觸所用的金屬為金鍺鎳金
所述的用濕法腐蝕實現(xiàn)高電子遷移率晶體管和共振遂穿二極管之間的臺面隔離
形成隔離溝io所用的腐蝕液為磷酸腐蝕液。 所述的柵槽9腐蝕時所用腐蝕液為銦鎵砷/銦鋁砷的銦鎵砷選擇性腐蝕液脂肪酸 腐蝕液。 所述的柵極9為鈦鉑金鈦合金。 所述的實現(xiàn)共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管器件互聯(lián)的工藝為苯并環(huán)丁烯平坦化工藝與金屬互聯(lián)工藝。
本發(fā)明的有益效果 本發(fā)明具有工藝簡單，可操作性強，成品率高等特點，具有很好的實用性。


圖1是本發(fā)明共振遂穿二極管(RTD)和高電子遷移率晶體管(HEMT)集成的截面效果圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
如圖l所示。 —種磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單片集成制造方法，它包括以下步驟 步驟1 :在半導體材料磷化銦(InP)襯底1上用分子束外延(MBE)設(shè)備依次生長
高電子遷移率晶體管(HEMT)材料層2、鋁砷(AlAs)隔離自停止層3和共振遂穿二極管
(RTD)材料層4結(jié)構(gòu)；其中鋁砷(AlAs)隔離自停止層3實現(xiàn)丁二酸(SA)腐蝕液的腐蝕自
停止，同時實現(xiàn)共振遂穿二極管材料4和高電子遷移率晶體管材料2的隔離； 步驟2:，在共振遂穿二極管(RTD)材料層4上用PECVD電子束蒸發(fā)形成鈦鉑
金金屬層作為共振遂穿二極管上電極金屬，用電子束NB-1光刻機刻寫形成共振遂穿二極
管上電極5; 步驟3 :用MJB-3光刻機光刻和濕法腐蝕形成共振遂穿二極管上電極臺面51和下電極臺面61，其中形成共振遂穿二極管上電極臺面51腐蝕液為磷酸腐蝕液，形成共振遂穿二極管下臺面61腐蝕液為銦鎵砷(InGaAs)/鋁砷(AlAs)選擇性腐蝕液丁二酸(SA)腐蝕液，其中鋁砷(AlAs)隔離自停止層3實現(xiàn)丁二酸(SA)腐蝕液的腐蝕自停止，同時實現(xiàn)共振遂穿二極管材料4和高電子遷移率晶體管材料2的隔離； 步驟4 :用MJB-3光刻機光刻形成共振遂穿二極管下臺面，蒸發(fā)鈦鉑金(Ti/Pt/Au)作為共振遂穿二極管下電極金屬6 ;; 步驟5 :用濕法腐蝕去除共振遂穿二極管材料和高電子遷移率晶體管材料的隔離層自停止層3，其中所用腐蝕液為鹽酸腐蝕液； 步驟6:，在高電子遷移率晶體管材料層2的表面蒸發(fā)形成金鍺鎳金(Au/Ge/Ni/Au)金屬層，退火后用前述的光學光刻設(shè)備形成高電子遷移率晶體管的源極7、漏極8;
步驟7 :用MJB-3光刻機光刻和濕法腐蝕形成臺面隔離，形成隔離溝10，實現(xiàn)器件隔離，其中所用腐蝕液為磷酸； 步驟8 :用電子束刻寫形成高電子遷移率晶體管的柵腳、柵把及柵帽； 步驟9 :用濕法腐蝕出柵槽91 ，腐蝕液為銦鎵砷(InGaAs)/銦鋁砷(InAlAs)的銦
鎵砷(InGaAs)選擇性腐蝕液脂肪酸(AA)腐蝕液； 步驟10 :用電子束蒸發(fā)在柵槽91內(nèi)蒸發(fā)鈦鉑金鈦(Ti/Pt/Au/Ti)合金形成柵金屬層，再制作形成柵極9; 步驟ll:用光學光刻和電子束蒸發(fā)，制作金屬接線柱ll、 12、 13、 14、 15。其中金屬為鈦鉑金鈦(Ti/Pt/Au/Ti); 步驟12:涂覆苯并環(huán)丁烯(BCB)16實現(xiàn)器件平坦化，固化后，用干法刻蝕苯并環(huán)丁烯露出接線柱金屬； 步驟13:在苯并環(huán)丁烯(BCB)16上做金屬布線17、 18，實現(xiàn)共振遂穿二極管4和高電子遷移率晶體管2的互聯(lián)。如圖1所示。 以下是參照本發(fā)明的方法步驟的一個具體的最佳實施例，任何人均可參照本實施例和本發(fā)明的方法步驟制造成合格的高性能的集成器件，其中的參數(shù)均為常規(guī)參數(shù)，可參見相關(guān)設(shè)備和工藝手冊加以選定或設(shè)定。其步驟為 (1)半導體材料磷化銦(InP)襯底上用分子束外延(MBE)設(shè)備依次生長高電子遷
移率晶體管(HEMT)和共振遂穿二極管(RTD)材料結(jié)構(gòu)。(2)RTD上電極的制作蒸發(fā)20nmTi/20nmPt/150nmAu。 (3)RTD臺面腐蝕 RTD上臺面腐蝕液選用H3P04 : H202 : H20 = 1 : 1 : 40(體積比)腐蝕液，腐蝕時間約110秒腐蝕深度190nm以上即可。 RTD下臺面腐蝕液選用丁二酸(SA) : H202 = 15 : l(體積比)腐蝕液，腐蝕時間約100秒，具體時間根據(jù)RTD下臺面到AlAs自停止層的厚度決定，允許過腐蝕。
(4)RTD下電極的制作蒸發(fā)20nm Ti/20nm Pt/150nm Au。
(5)去除自停止隔離層選用HCi : h2o = i : io(體積比)腐蝕液，腐蝕時間
30秒。(6)HEMT源漏電極的制作蒸發(fā)24nmAu/12nmGe/12nmNi/150nmAu，退火溫度為280°C，退火時間50秒。[OO58](7)器件的隔離
臺面隔離選用h3p04 : h2o2 : h2o = i : 1 : 40(體積比)腐蝕液，腐蝕時間約80sc
(3)HEMT柵極的制作
a、 用PECVD法生長一層50nm的Si3N4
b、 涂膠，用電子束寫HEMT柵腳，柵把，顯影
c、 用干法刻蝕形成HEMT柵腳，柵把，去膠
d、 用濕法腐蝕挖柵槽，選用脂肪酸(AA) : H202
25 : l(體積比)腐蝕液，
W及金屬，剝離，去膠c
e、 涂膠，用電子束寫HEMT柵帽d、蒸發(fā)50nm Ti/50nm Pt/450nm Au/20nm Ti金屬做〗
f、 用PECVD法生長一層100nm的Si3N4介質(zhì)保護豐
(9) 金屬接線柱的制作
a、 涂膠，曝光，顯影形成刻蝕窗口
b、 用干法刻蝕Si3N4介J
c、 第二次涂膠，曝光，顯影形成金屬接線柱蒸發(fā)窗口
d、 蒸發(fā)50nmTi/50nmPt/550nmAu/20nmTi金屬做金屬接線柱，剝離，去膠。
(10) 涂覆苯并環(huán)丁烯(BCB)，固化，用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)刻蝕苯并環(huán)丁烯，露
力、質(zhì)，形成蒸金屬接線柱的介質(zhì)窗口，去膠出接線柱金屬。(ll)金屬布線，涂膠，曝光，顯影，蒸發(fā)50nmTi/50nmPt/450nmAu/20nmTi金
屬，實現(xiàn)互連即得本發(fā)明的單片集成器件。 本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
一種磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單片集成制造方法，其特征是它包括以下步驟步驟1在半導體材料磷化銦襯底(1)上用分子束外延設(shè)備依次生長高電子遷移率晶體管材料層(2)、隔離自停止層(3)和共振遂穿二極管(RTD)材料層(4)；步驟2在共振遂穿二極管材料層(4)上表面蒸發(fā)形成鈦鉑金金屬層，并用電子束在共振遂穿二極管材料層(4)上蒸發(fā)形成的鈦鉑金金屬層上刻寫形成共振遂穿二極管上電極金屬(5)；步驟3用光學光刻和濕法腐蝕形成共振遂穿二極管上電極臺面(51)和下電極臺面(61)；步驟4用濕法腐蝕形成共振遂穿二極管下臺面，在下臺面上蒸發(fā)形成鈦鉑金金屬層，再用光學光刻法在蒸發(fā)形成的鈦鉑金金屬層上形成共振遂穿二極管的下電極金屬(6)；步驟5用濕法腐蝕去除高電子遷移率晶體管材料層(2)表面的隔離自停止層(3)；步驟6用蒸發(fā)法在高電子遷移率晶體管材料層(2)上形成金鍺鎳金金屬層，退火后再用光學光刻在高電子遷移率晶體管材料層(4)上蒸發(fā)形成的金鍺鎳金金屬層，使之形成源極(7)和漏極(8)；步驟7用光學光刻和濕法腐蝕實現(xiàn)高電子遷移率晶體管和共振遂穿二極管之間的隔離，形成隔離溝(10)；步驟8用電子束刻寫形成高電子遷移率晶體管的柵腳、柵把及柵帽；步驟9用濕法選擇腐蝕形成柵槽(91)；步驟10用電子束蒸發(fā)在柵槽(91)內(nèi)蒸發(fā)柵金屬層形成柵極(9)；步驟11用光學光刻和電子束蒸發(fā)法，制作形成金屬接線柱(11，12，13，14，15)；步驟12澆注苯并環(huán)丁烯(16)以實現(xiàn)器件平坦化，固化后，用于法刻蝕苯并環(huán)丁烯(16)，露出接線柱金屬(11，12，13，14，15)；步驟13在苯并環(huán)丁烯上做金屬布線，實現(xiàn)共振遂穿二極管和高電子遷移率晶體管的互聯(lián)即可。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的腐蝕出共振遂穿二極管上臺面 (51)所用的腐蝕液為磷酸腐蝕液，腐蝕出共振遂穿二極管下臺面(61)所用的腐蝕液為銦鎵砷/鋁砷的銦鎵砷選擇性腐蝕液丁二酸腐蝕液。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的去除隔離自停止層(3)所用的 腐蝕液為鹽酸腐蝕液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的高電子遷移率晶體管的源極、 漏極金屬歐姆接觸所用的金屬為金鍺鎳金合金。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的用濕法腐蝕實現(xiàn)高電子遷移率 晶體管和共振遂穿二極管之間的臺面隔離形成隔離溝(10)所用的腐蝕液為磷酸腐蝕液。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的柵槽(9)腐蝕時所用腐蝕液為 銦鎵砷/銦鋁砷的銦鎵砷選擇性腐蝕液脂肪酸腐蝕液。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的柵極(9)為鈦鉑金鈦合金。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的實現(xiàn)共振遂穿二極管與高電子 遷移率晶體管器件互聯(lián)的工藝為苯并環(huán)丁烯平坦化工藝與金屬互聯(lián)工藝。
全文摘要
一種磷化銦基共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管單片集成制造方法，其基本步驟是在半導體材料磷化銦(InP)襯底上用分子束外延設(shè)備依次生長高電子遷移率晶體管和共振遂穿二極管材料；在外延片的表面用電子束光刻，光學光刻和濕法腐蝕形成共振遂穿二極管的臺面；用光學光刻和濕法腐蝕實現(xiàn)器件之間的隔離，形成隔離溝；用金屬歐姆接觸制作共振遂穿二極管的上電極、下電極和高電子遷移率晶體管的源極、漏極，然后進行退火；用電子束光刻、干法刻蝕、濕法腐蝕制作柵極；通過干法刻蝕、光學光刻和電子束蒸發(fā)制作金屬接線柱；最后通過苯并環(huán)丁烯平坦化工藝和金屬布線把共振遂穿二極管與高電子遷移率晶體管互聯(lián)起來。本發(fā)明具有工藝簡單，可操作性強，成品率高等特點，具有很好的實用性。
文檔編號H01L21/77GK101692438SQ20091023293
公開日2010年4月7日 申請日期2009年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月19日
發(fā)明者程偉, 鄒鵬輝, 陳辰, 韓春林 申請人:中國電子科技集團公司第五十五研究所