專利名稱：一種亞微米多層金屬電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多層金屬電極制作方法，特別是采用以金為主體的多晶硅發(fā)射極電極制作方法。
背景技術(shù)：
以金為主體的多層電極可靠性高，高頻特性好，常用于高頻功率管的電極。多層電極制作工藝主要包括金層及其過渡層的濺射、電鍍及刻蝕工藝。常規(guī)的多層電極采用Ti-Au 或者W-Au結(jié)構(gòu)，作為粘接層，Ti或W的厚度不超過2000A,分別采用離子束和等離子工藝實現(xiàn)電極間斷開刻蝕。采用這種常規(guī)多層電極，由于金與硅很容易形成合金，在芯片后端封裝過程中，因芯片焊接溫度高，很容易發(fā)生融金現(xiàn)象，最終導(dǎo)致器件性能失效。另外，在刻蝕過程中對電極下的多晶硅層或硅層鉆蝕比較大，產(chǎn)生的刻蝕損傷對器件性能影響很大，特別是對功率管的增益影響甚大，I-V曲線分布不均勻，電流放大倍數(shù)減小，最終影響產(chǎn)品的合格率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種亞微米多層金屬電極的制作方法，能夠使得電極耐高溫焊接，并能夠減少刻蝕過程對器件的損傷。本發(fā)明包括如下技術(shù)方案一種亞微米多層金屬電極的制作方法，包括下列步驟(1)采用蒸發(fā)或者濺射工藝形成Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層；(2)光刻出電極圖形，然后電鍍Au金屬層，電鍍完畢后去膠；(3)采用三步刻蝕Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層，第一步采用以惰性氣體為主的離子束工藝將電鍍子層最上面的Au層刻蝕掉，第二步以F基氣體或者Cl基氣體為主的等離子體工藝將Ti-W-Ti層大部分金屬層刻蝕掉，第三步以CF4氣體為主要刻蝕氣體，采用等離子工藝進(jìn)行過刻蝕，將殘留的金屬殘渣刻蝕干凈；(4)刻蝕后的電極再進(jìn)行無氧氣氛中退火，以修復(fù)電極刻蝕損傷。所述步驟(1)中W層厚度大于等于2500 L所述步驟O)中電鍍的Au金屬層的厚度為0. 5um-2um。所述步驟(3)中第一步中的惰性氣體為Ar。所述步驟(3)中，所述F基氣體為SF6或CF4，所述Cl基氣體為Cl2或BC13。所述步驟(3)中，第二步用SF6和CF4混合氣體進(jìn)行刻蝕。所述步驟中無氧氣氛為N2，退火溫度為0-500°C，退火時間為0. 5-2小時。所述多層金屬電極是多晶硅發(fā)射極的電極。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是(1)在本發(fā)明中，采用獨特的Ti-W-Ti-Au四層金屬結(jié)構(gòu)，使得電極耐高溫焊接；(2)電極制作過程中，采用獨特的三步刻蝕工藝，并在過刻蝕階段，采用無SF6WF基刻蝕氣體減少了對器件的過刻蝕，刻蝕后低溫退火工藝使得刻蝕損傷得以修復(fù)，消除了刻蝕損傷對器件性能的影響，大大提高了這種電極的可靠性和器件性能的穩(wěn)定性。(3)該工藝簡單，重復(fù)性好，可廣泛應(yīng)用于亞微米工藝高頻功率器件的多層金屬電極制造。


圖1本發(fā)明的亞微米多層金屬電極制作方法示意圖；圖2本發(fā)明最終的多層金屬電極示意圖；圖3_a電極刻蝕損傷的器件I-V特性曲線；圖3_b電極刻蝕損傷修復(fù)后的器件I-V特性曲線。圖中，1-硅襯底，2-硅外延層，3^02介質(zhì)層，4-多晶硅發(fā)射極，5-基極引線孔，6， 8-Ti金屬層，7-W金屬層，9-濺射Au金屬層，10-電鍍Au金屬層
具體實施例方式(1)如圖Ι-a所示，待做電極的硅片包括硅襯底1，硅外延層2，多晶硅發(fā)射極4、 基極引線孔5 ；以及用于隔離多晶硅發(fā)射極4和基極引線孔5的S^2介質(zhì)層3。將待做電極的硅片放入濺射設(shè)備中，在硅片上依次濺射第一 Ti金屬層6、W金屬層7、第二 Ti金屬層 8、Au金屬層9，如圖Ι-b所示形成Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層。其中Ti金屬層厚度為 0-5000 A;第一 Ti金屬層6厚度優(yōu)選為1000 A, 1500 A,第二 Ti金屬層8厚度優(yōu)選為 300A,第一 Ti金屬層6厚度比第二 Ti金屬層8厚度要厚，因為前者是金屬與硅之間的粘接層，而后者是金屬之間的粘接層。W金屬層7厚度大于等于2500 A ,優(yōu)選為2500A或 3500A,此厚度可阻止Au在400°C下向硅里擴散，但是為了后序的電極間斷刻蝕更加容易， W金屬層7厚度不要太厚，滿足要求即可。濺射Au金屬層9的厚度為800 A或1000A，這一層只是形成一層電鍍Au子層，不必要太厚，否則在后序的工藝中，離子束工藝時間太長，且浪費資源。(2)光刻出電極圖形，然后電鍍Au金屬層10，電鍍完畢后去膠，如圖I-C所示。其中電鍍Au金屬層10的厚度為0. 5um-2um，此厚度由器件的最大工作電流決定；對于常用的功率器件，電鍍Au金屬層10的厚度優(yōu)選為1. 2-1. 5um。(3)采用Ar氣離子束刻蝕整個金屬電鍍子層，將電鍍子層的Au金屬層9刻蝕干凈，如圖ι-d所示。(4)采用分兩步等離子刻蝕工藝刻蝕金屬電鍍子層剩下的Ti-W-Ti層，首先通入 SF6和CF4混合氣體，這一階段，由于W金屬層7厚度較厚，而SF6刻蝕W很容易，通入CF4可以刻蝕薄Ti金屬層8，同時可阻止SF6對W金屬層7的側(cè)鉆，保持電極的完整性?？涛g時間為lmins-anins，即可將Ti-W-Ti層大部分金屬層刻蝕盡，如圖l_e所示。然后在過刻蝕階段，將刻蝕氣體中更換成隊和CF4混合氣體，CF4可以刻蝕Ti金屬層6，而且不會對多晶發(fā)射極產(chǎn)生過多的刻蝕。保持其他條件不變，再刻蝕!Mins-^iins，即可將Ti金屬層6的殘渣徹底刻蝕干凈，如圖ι-f所示。(5)將刻蝕后的硅片送入退火爐中進(jìn)行低溫退火，退火氣氛為無氧氣氛，如N2，從而使電極刻蝕損傷得以修復(fù)。退火溫度為0-500°C，優(yōu)選為300°C，40(TC，這個溫度既可以達(dá)到修復(fù)刻蝕損傷，又不會使器件中雜質(zhì)發(fā)生再分布。退火時間為0. 5-2小時，優(yōu)選為1小時，時間太短，刻蝕損傷修復(fù)不徹底，時間太長，電極會發(fā)生遷移，最終會影響電性能。通過以上工藝過程，最終形成亞微米多層金屬電極，如圖2所示。以上所述，僅為本發(fā)明最佳的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換， 都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明采用獨特的Ti-W-Ti-Au四層金屬結(jié)構(gòu)，其中Ti為粘接層，增強金屬層與硅層之間的歐姆接觸；W為阻擋層，阻止Au向硅襯底擴散，其較厚的厚度(會2500A)防止了 Au向硅襯底擴散，保證了 Au電極能夠承受400°C的后端芯片焊接溫度而不會發(fā)生融金現(xiàn)象。本發(fā)明采用三步刻蝕電鍍子層Ti-W-Ti-Au金屬層，在過刻蝕階段中，由于SF6刻蝕多晶硅刻蝕速率(芎6000A/min)遠(yuǎn)大于金屬刻蝕速率(約400A/min)，因此采用無SF6 的F基氣體如CF4等離子工藝刻蝕剩余金屬殘渣，既保證了不同電極間的金屬斷開，又不會對多晶硅發(fā)射極產(chǎn)生過多的鉆蝕。在電極刻蝕完成后，由于存在刻蝕損傷，晶體管基區(qū)電阻較大，缺陷多，電流復(fù)合嚴(yán)重，因此小電流下的放大倍數(shù)小，并且在不同基極電流下，發(fā)射極得到的放大電流不同， 使得整個的I-V曲線傾斜并分布不均勻，如圖3-a所示。電極在低溫下退火，修復(fù)了電極刻蝕損傷，電極中的缺陷得以修復(fù)，復(fù)合小，電流放大倍數(shù)恢復(fù)變大，器件的ι-ν曲線變得陡直，分布較為均勻一致，圖3-b所示，從而大大提高了產(chǎn)品的性能可靠性。本發(fā)明解決了金屬電極耐高溫焊接問題和干法刻蝕電極對多晶硅損傷問題，大大提高了金電極的可靠性和器件性能的穩(wěn)定性，可廣泛應(yīng)用于亞微米工藝高頻功率器件的電極制造。本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于，包括下列步驟(1)采用蒸發(fā)或者濺射工藝形成Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層；(2)光刻出電極圖形，然后電鍍Au金屬層，電鍍完畢后去膠；(3)采用三步刻蝕Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層，第一步采用以惰性氣體為主的離子束工藝將電鍍子層最上面的Au層刻蝕掉，第二步以F基氣體或者Cl基氣體為主的等離子體工藝將Ti-W-Ti層大部分金屬層刻蝕掉，第三步以CF4氣體為主要刻蝕氣體，采用等離子工藝進(jìn)行過刻蝕，將殘留的金屬殘渣刻蝕干凈；(4)刻蝕后的電極再進(jìn)行無氧氣氛中退火，以修復(fù)電極刻蝕損傷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(1) 中W層厚度大于等于2500 L
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(2) 中電鍍的Au金屬層的厚度為0. 5um-2um。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(3) 中第一步中的惰性氣體為Ar。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(3) 中，所述F基氣體為SF6或CF4,所述Cl基氣體為Cl2或BCl30
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(3) 中，第二步用SF6和CF4混合氣體進(jìn)行刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述步驟(4) 中無氧氣氛為隊，退火溫度為0-500°C，退火時間為0. 5-2小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的亞微米多層金屬電極的制作方法，其特征在于所述多層金屬電極是多晶硅發(fā)射極的電極。
全文摘要
一種亞微米多層金屬電極的制作方法，包括下列步驟(1)采用蒸發(fā)或者濺射工藝形成Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層；(2)光刻出電極圖形，然后電鍍Au金屬層，電鍍完畢后去膠；(3)采用三步刻蝕Ti-W-Ti-Au四層金屬電鍍子層，第一步采用以惰性氣體為主的離子束工藝將電鍍子層最上面的Au層刻蝕掉，第二步以F基氣體或者Cl基氣體為主的等離子體工藝將Ti-W-Ti層大部分金屬層刻蝕掉，第三步以CF4氣體為主要刻蝕氣體，采用等離子工藝進(jìn)行過刻蝕，將殘留的金屬殘渣刻蝕干凈；(4)刻蝕后的電極再進(jìn)行無氧氣氛中退火，以修復(fù)電極刻蝕損傷。采用本發(fā)明的方法能夠使得電極耐高溫焊接，并能夠減少刻蝕過程對器件的損傷。
文檔編號H01L21/28GK102522325SQ201110364080
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者劉軍, 姚全斌, 孫金池, 楊小兵, 王傳敏 申請人:中國航天科技集團公司第九研究院第七七二研究所, 北京時代民芯科技有限公司