專利名稱：Ⅲ—Ⅴ族化合物材料上原位淀積SiO的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及半導(dǎo)體材料的處理，具體地說是一種III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法。
背景技術(shù)：
自從1957年發(fā)現(xiàn)二氧化硅(SiO2)對某些雜質(zhì)如硼(B)、磷(P)等向硅(Si)中的擴(kuò)散有掩蔽作用以來，將光刻技術(shù)和表面鈍化技術(shù)巧妙地結(jié)合起來，就可以生產(chǎn)出各種各樣性能優(yōu)良的平面晶體管和集成電路。
事實上，SiO2不僅可作為某些雜質(zhì)擴(kuò)散的掩蔽物，而且還提供了器件表面的鈍化保護(hù)作用、電絕緣作用以及構(gòu)成其間本身的一部分，如在MOS晶體管中的絕緣柵中的絕緣膜、絕緣柵肖特基FET中的絕緣膜和MOS電容器的介質(zhì)等，因而它的生長方法和主要性質(zhì)是十分重要的。
對于Si基半導(dǎo)體材料上的SiO2生長，一般采用直接生長法，如干氧氧化、濕氧氧化、水氣氧化等等，生長溫度很高，一般在1000℃以上。
對于由III族元素和V族元素組成的半導(dǎo)體材料，即III-V族化合物半導(dǎo)體材料，如砷化鎵(GaAs)基、磷化銦(InP)基、氮化鎵(GaN)基等非Si基的半導(dǎo)體材料，如果采用直接生長法是無法實現(xiàn)的，且生長溫度很高，會發(fā)生組分的分解等問題。因而，非Si基材料上SiO2的形成，只能采用在一定的反應(yīng)室中先生成SiO2，然后，將其“落在”材料上，或一邊形成SiO2，一邊“落在”材料上的堆積方法，通常稱它為淀積方法。
現(xiàn)在用GaAs基材料、InP基材料、GaN基材料等III-V族化合物材料制作的器件和集成電路，如異質(zhì)結(jié)雙極晶體管HBT、高電子遷移率晶體管HEMT等無論在使用頻率、功率、噪聲、抗宇宙輻射等方面均比硅基材料要高出幾個數(shù)量級，因此在通信產(chǎn)業(yè)、高速公路智能控制系統(tǒng)、軍用雷達(dá)、軍事衛(wèi)星等方面，均成為發(fā)展的熱點(diǎn)。
隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，化合物半導(dǎo)體技術(shù)工業(yè)也將成為必不可少的重要產(chǎn)業(yè)，而HBT、HEMT以及用它們集成的微波IC、毫米波集成電路mm IC在制作過程中都需要淀積SiO2，同時在半導(dǎo)體器件或IC制造過程中，還需要應(yīng)用多種金屬膜。金屬膜用作內(nèi)部電極的歐姆接觸和集成電路元件之間的互連，以及場效應(yīng)晶體管和MOS管的柵。硅基半導(dǎo)體材料中，金屬膜主要使用金屬鋁(Al)材料，這種膜材一般都采用真空蒸發(fā)的方法制作，而III-V族化合物材料，如GaAs基，InP基、GaN基等材料中。金屬膜的制作比較復(fù)雜，要求精度也高，往往需要采用二層以上的多層金屬的復(fù)合膜來進(jìn)行制備，而且對膜的組分和膜厚的精度要求高，其中還使用一些高熔點(diǎn)金屬。
目前，在SiO2的淀積技術(shù)中，通常采用的方法很多，如常壓化學(xué)氣相生長法APCVD、減壓化學(xué)氣相生長法LPCVD、等離子體化學(xué)氣相生長法PECVD、光化學(xué)氣相生長法光-CVD、ECR等離子體化學(xué)氣相生長法ECRPECVD、渺射等等。在眾多的淀積方法中，因為生長溫度過高和膜的質(zhì)量、均勻性等因素，人們經(jīng)常使用的是光-CVD和PECVD。
1.光-CVD淀積SiO2的機(jī)理和特點(diǎn)光CVD是光反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合生成SiO2的方法，其設(shè)備如

圖1所示。該光化學(xué)氣相淀積裝置，由反應(yīng)室、ArF激光產(chǎn)生室以及氣路三大部分組成。其中，氣路主要由各路反應(yīng)氣體、質(zhì)量流以及除害裝置等組成。光源氣體是氬(Ar)、氟(F2)、氦(He)，而SiO2反映氣體是硅烷(SiH4)、氧化亞氮(N2O)、N2等。
ArF激光的產(chǎn)生將Ar、F2、He通入ArF反應(yīng)室中，通過加上高能形成ArF激光，再通過石英窗進(jìn)入SiO2反應(yīng)室中。SiO2反應(yīng)室中，有氣體入口，基板加熱，抽氣口，排氣口，基板加熱到250℃后，將SiH4、N2O通入后，將ArF激光通入SiO2反應(yīng)室中就可進(jìn)行反應(yīng)。
該光-CVD淀積SiO2對由于表面無損傷，膜的致密性好，折射率很高，所以是實驗室淀積SiO2的主流方法。但是存在以下不足(1)該方法不能大量生產(chǎn)；(2)由于光-CVD的設(shè)備本身很貴，加之所用氣體都是價格昂貴的高純F2、He、Ar、SiH4，因而成本非常高；(3)由于SiH4是極易自燃的氣體，一泄漏就要自燃，所以安全性差；(4)由于F2是腐蝕性很強(qiáng)的氣體，故對大氣有很強(qiáng)的污染作用；(5)由于生長溫度250℃，且膜厚只能間接估算，所以膜厚不能精確控制。
2.等離子體CVD淀積SiO2的機(jī)理和特點(diǎn)等離子體CVD的縮寫為PECVD，由于常壓化學(xué)氣相生長法APCVD、減壓化學(xué)氣相生長法LPCVD的淀積溫度都比較高，在III-V族半導(dǎo)體材料中使用較困難，為了能使化學(xué)反應(yīng)在較低的溫度下進(jìn)行，就利用了等離子體的活性來促進(jìn)反應(yīng)，因而，PECVD也稱為等離子體強(qiáng)化化學(xué)氣相淀積。這是一種高頻輝光放電物理過程和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)。為了產(chǎn)生等離子體，必須維持一定的氣體壓力。由于輝光放電等離子體中不僅有高密度的電子109-1012cm-3，而且電子氣溫度比普通氣體分子高出10-100倍。于是反應(yīng)氣體雖然處于環(huán)境溫度狀態(tài)下，但卻能使進(jìn)入容器中的反應(yīng)氣體在輝光放電等離子體中受激、分解、離解和離化，大大提高了參與反應(yīng)物的活性。這樣，具有高反應(yīng)活性的中性物質(zhì)很容易被吸附到較低溫度的基體表面上，發(fā)生非平衡的化學(xué)反應(yīng)，沉積生成薄膜，沉積速率主要受高頻發(fā)生器功率的影響。
如圖2所示，PECVD裝置，也由三部分組成高頻發(fā)生器，氣體管路系統(tǒng)，反應(yīng)室。氣路管道部分由氣體管路、質(zhì)量流量計、抽真空系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)等部分組成。而高頻發(fā)生器是加在反應(yīng)室外部，反映室是SiO2淀積的場所，里面有加熱裝置，放基板，俗稱片子的基座，進(jìn)氣口，抽氣口，在它的外部是高頻發(fā)生器。將基座溫度加熱到要求值，真空也抽到要求溫度后，通入反應(yīng)氣體。將高頻發(fā)生器置于預(yù)定功率，反應(yīng)就在一定速率下進(jìn)行，選用相應(yīng)時間，就可得到預(yù)想厚度。高頻發(fā)生器的使用頻率一般采用工業(yè)用13.56MH2高頻RF。
該P(yáng)ECVD由于生長膜比APCVD、LPCVD降低了基板溫度，速率快，成膜質(zhì)量好，針孔少，不易龜裂，因而特別適用于金屬化后鈍化膜和多層布線介質(zhì)膜。但是PECVD依然存在成本高的不足，一臺量產(chǎn)型的PECVD大約在100萬元以上，而且使用高純氣Ar、SiH4價格昂貴、耗量大；同時由于SiH4是自燃?xì)怏w，對安全造成很大的威脅，而且生長溫度高達(dá)300℃，不能直接控制生長速率，使膜厚達(dá)不到精確控制；此外由于等離子的轟擊會使沉積膜表面產(chǎn)生缺陷，等離子體中產(chǎn)生的多種反應(yīng)物質(zhì)會使反應(yīng)復(fù)雜化，因此造成薄膜質(zhì)量下降。
由于在半導(dǎo)體器件或集成電路制造過程中，需要應(yīng)用多種金屬膜用作內(nèi)部電極的歐姆接觸和集成電路元件之間的互連，以及場效應(yīng)晶體管和MOS管的柵。而III-V族化合物材料中。往往需要采用二層以上的多層金屬的復(fù)合膜來進(jìn)行制備，而且對膜的組分和膜厚的精度要求高，需要采用電子束EB蒸發(fā)和渺射的方法。而EB蒸發(fā)方法與渺射蒸發(fā)方法比較，現(xiàn)在大量采用的是EB蒸發(fā)。
3.EB蒸發(fā)制作金屬膜的工作原理及工藝電子束蒸發(fā)是利用被高壓加速并聚焦的電子束在真空中轟擊蒸發(fā)源的表面時，由于電子束的動能幾乎完全轉(zhuǎn)為熱能，而且高速運(yùn)動的電子有巨大的動能，并且能量很集中，瞬間即可達(dá)到約為3000℃的高溫，足以使蒸發(fā)源熔化，并蒸發(fā)到基片，如硅片表面上形成薄膜，因為熔點(diǎn)很高，所以很多難熔金屬，如鎢(W)、鉭(Ta)、鉑(Pt)等都可以用EB蒸發(fā)的方法來形成金屬薄膜。
電子束EB蒸發(fā)裝置一般由電子束蒸發(fā)源、真空系統(tǒng)、反應(yīng)室即鐘罩等組成。真空系統(tǒng)主要為鐘罩內(nèi)提供一定的真空環(huán)境，真空越低。鐘罩內(nèi)的氣體分子越多，電子束的能量就要受到衰減，影響金屬膜的質(zhì)量，而且膜容易被氧化。另外，還有蒸發(fā)材料的坩堝以及用來控制蒸發(fā)量的快門，坩堝上面還有裝片子的載物臺等等。為了蒸發(fā)多層金屬膜，坩堝一般可設(shè)置3個、4個或5個，裝入不同的蒸發(fā)材料，蒸發(fā)時更換位置，就可得到不同的金屬膜。
加熱蒸發(fā)源的熱能是電子束產(chǎn)生的，所以電子束EB的質(zhì)量是電子束蒸發(fā)臺好壞的關(guān)鍵所在，它簡單的工作原理如圖3所示。產(chǎn)生電子束的裝置稱電子槍，現(xiàn)多采用偏轉(zhuǎn)電子槍，它具有功率大、蒸發(fā)速率快、工作穩(wěn)定可靠，能完全吸收高能輻射電子以及燈絲工作壽命長等特點(diǎn)。偏轉(zhuǎn)電子槍是利用具有一定速度的帶電粒子即電子，在均勻磁場中受力的作用作圓周運(yùn)動這一原理設(shè)計而成。它由熱陰極、電子加速板和陽極即膜材料等組成。
電子束EB蒸發(fā)除了具有可蒸發(fā)高熔點(diǎn)的金屬特點(diǎn)以外，而且在蒸發(fā)時不需直接加熱坩堝，這樣就可以通水冷卻坩堝，因此避免了坩堝材料對膜料的沾污，所以電子束EB蒸發(fā)被廣泛應(yīng)用，是目前半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中量産型金屬膜形成的主流方法。
使用上述PECVD沉積SiO2和使用電子束EB蒸發(fā)裝置沉積金屬膜一般有兩種必用的工藝第1種工藝是先生成SiO2再生成金屬膜，如圖4所示。其過程如下第一步，清洗片子；第二步，將清洗后的片子放入PECVD設(shè)備的反應(yīng)室中進(jìn)行SiO2的淀積；第三步，對淀積后的片子進(jìn)行光刻；第四步，用HF基腐蝕液在排風(fēng)良好的環(huán)境進(jìn)行濕法化學(xué)腐蝕；第五步，對腐蝕后的SiO2，進(jìn)行有機(jī)和化學(xué)清洗；第六步，對清洗完畢的片子再進(jìn)行光刻；
第七步，將光刻過的片子，再裝入電子束EB蒸發(fā)臺中，進(jìn)行電子束蒸發(fā)金屬膜；第八步，用丙酮對金屬膜進(jìn)行濕法化學(xué)剝離。
第2種工藝是先生成金屬膜再生成SiO2，如圖5所示。該過程也分為片子清洗、光刻、淀積金屬膜、剝離、清洗、淀積SiO2、光刻、SiO2腐蝕8個步驟，該8個步驟也要分別在電子束EB蒸發(fā)臺和PECVD設(shè)備兩種設(shè)備中完成。
上述普通淀積SiO2和金屬膜的方法由于需要的工步多，因而工效低、生産成本高，除需一臺EB蒸發(fā)臺外，還需一臺幾十萬元-100多萬元/臺PECVD設(shè)備，同時由于化學(xué)腐蝕和PECVD淀積中存在有害氣體，而且，片子在加工過程中8次曝露于大氣，不僅對環(huán)境造成有害污染，而且對器件的電氣特性特別是表面器件的穩(wěn)定性和可靠性以及合格率將造成極大的影響；此外用PECVD設(shè)備淀積SiO2需用大量的很貴的高純氣體，如高純Ar，SiH4等，其中極易自然的不安全氣體SiH4對也會對環(huán)境會造成不良的影響，而且淀積的SiO2的均勻性，重復(fù)性不太好，淀積溫度要300℃、遠(yuǎn)高過室溫，淀積速率和膜厚不能直接監(jiān)測，達(dá)不到精確控制的目的。
發(fā)明的技術(shù)方案本發(fā)明的目的在于克服上述已有普通淀積SiO2和金屬膜方法的諸多問題，提供一種在III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵是用電子束EB蒸發(fā)實現(xiàn)SiO2膜的淀積；用EB蒸發(fā)臺實現(xiàn)SiO2和金屬膜的原位加工工藝。其技術(shù)方案是采用電子束EB真空蒸發(fā)，采用99.999％的高純SiO2顆粒作為蒸發(fā)源材料，在一種設(shè)備的蒸發(fā)臺內(nèi)一次性先后完成對SiO2膜和金屬膜的蒸發(fā)，即片子不需要出蒸發(fā)臺，待兩種膜均蒸發(fā)完后再取出蒸發(fā)臺，以達(dá)到原位加工之目的，其具體過程如下(1)對III-V族化合物材料的基片進(jìn)行清洗、烘干；(2)在清洗、烘干后的基片上光刻圖形；(3)將光刻過的片子裝入電子束EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中，并對反應(yīng)室抽真空后，將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置；先進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)再進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)，或者先進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)，再進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)；(4)將淀積到片子上的二氧化硅/金屬進(jìn)行光刻膠的剝離。
所述SiO2膜的蒸發(fā)按如下工藝條件進(jìn)行
a.將反應(yīng)室抽真空為2.4×10-3Pa以上；b、將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定SiO2的密度D和系數(shù)Z分別為2.202g/cm3和1.07；d、用控制器給電子掄加10～20mA的電流，使SiO2熔化；e、以2-10A/sec的速率進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的過程中對電子掄的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0。
所述金屬膜的蒸發(fā)工藝條件如下a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有金屬膜材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓為10kv；c、在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設(shè)定其密度D為2.7～19.3、系數(shù)Z值為0.331～1.08；e、用控制器給電子掄按不同金屬材料加30～80mA的電流，使金屬熔化；d.以1.5-6A/sec的速率進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，待膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0。
本發(fā)明的EB蒸發(fā)與現(xiàn)有的光-CVD、PECVD方法相比，具有如下效果(1)減少了影響膜質(zhì)量的因素。由于本發(fā)明是用SiO2經(jīng)加熱后蒸發(fā)出來直接淀積到基板表面以形成絕緣膜，該絕緣膜仍是SiO2，而光-CVD、PECVD二者是在反應(yīng)的過程中生成SiO2淀積到基板表面，所以膜的質(zhì)量受影響的因素較多。
(2)提高了工效。由于本發(fā)明只需要4個工步，比普通淀積SiO2和金屬膜工藝少了4個工步，因此節(jié)省了一倍多時間，大大提高了工效。
(3)約了開支。由于本發(fā)明淀積SiO2和金屬膜工藝，只需一臺EB蒸發(fā)臺即可，而普通淀積SiO2和金屬膜工藝，除需一臺EB蒸發(fā)臺外，還需一臺幾十萬元-100多萬元/臺PECVD設(shè)備，而且用PECVD設(shè)備淀積SiO2需用大量的很貴的高純氣體，如高純Ar，SiH4等，因此，本發(fā)明方法比普通淀積方法極大的節(jié)約了開支。
(4)減少了對環(huán)境的污染。本發(fā)明由于少了4次污染，而且所用原料無易燃?xì)怏w，減少了對環(huán)境的污染。
(5)工藝簡單襯底溫度為室溫，且膜厚能精確控制，生成的SiO2質(zhì)量良好，如表1所示
表1 本發(fā)明的SiO2和光-CVD、PECVD的SiO2的質(zhì)量比較

附圖説明圖1為光化學(xué)氣象淀積原理2為立式管狀PECVD裝置原理3為電子束蒸發(fā)源示意4為普通SiO2→金屬膜的工藝流程5為普通金屬膜→SiO2的工藝流程6為本發(fā)明SiO2→金屬膜的工藝流程7為本發(fā)明金屬膜→SiO2的工藝流程圖具體實施方式
本發(fā)明選用了日本真空公司生產(chǎn)的VPC-1100電子束蒸發(fā)臺，它附有膜厚測試儀，帶有4個可移動位置的坩堝，即一次進(jìn)片，可蒸發(fā)4種材料；SiO2蒸發(fā)源材料的選擇要求純度達(dá)99.999％，粒度1-3mm；金屬材料的選擇純度達(dá)99.99％-99.999％；坩堝套的選擇SiO2材料蒸發(fā)時，不能直接放入EB蒸發(fā)臺的坩堝內(nèi)，而要先放入坩堝套內(nèi)，然后將坩堝套放入EB的坩堝內(nèi)再進(jìn)行蒸發(fā)。SiO2的坩堝套最好選用鉭Ta材。也可用高純石墨坩堝套或高純無氧銅坩堝套。蒸金屬時，也最好使用坩堝套。鉑Pt材蒸發(fā)時最好用鎢W材做成的坩堝套。鉭Ta材蒸發(fā)時也最好用鎢W材做的坩堝套。別的金屬蒸發(fā)時，用高純無氧銅或高純石墨坩堝套即可。
參照圖6，本發(fā)明先SiO2后Ni/Aa原位蒸發(fā)的工藝過程如下1)首先對III-V族化合物材料的基片進(jìn)行有機(jī)和化學(xué)清洗，用大量的高純水進(jìn)行沖洗，然后用高純氮?dú)獯蹈善?；?20℃的烘箱中，烘片子30分鐘，或170℃的烘箱中，烘片子10分鐘；2)對烘干的基片子進(jìn)行光刻，即片子上先涂布上一層光刻膠，完畢后在80℃-90℃的烘箱中，烘10分鐘，隨后用紫外線進(jìn)行曝光，緊接著進(jìn)行顯影，漂洗，再進(jìn)行后烘5分鐘95℃，光刻出的圖形和要用光刻膠保護(hù)的部分就在片子上顯示出來；3)將光刻過的基片裝入坩堝，再將坩堝放如電子束EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中，即鐘罩中，襯底置室溫，并將坩堝置待加熱位置；4)將反應(yīng)室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上；5)按下述工藝先進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)a、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預(yù)熱后，開高壓，電壓置10kv；b、將膜厚儀開關(guān)置ON，設(shè)定好SiO2的密度D和系數(shù)Z，即D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到10mA～20mA；d、打開擋板開始蒸發(fā)，蒸發(fā)速率可達(dá)2-10A/sec，蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進(jìn)行掃描，即在控制器上，不停的來回轉(zhuǎn)動控制束斑位置的旋鈕，因為SiO2是絕緣物，導(dǎo)熱性很差，束斑老停留在一個位置，容易把坩堝打穿，待膜厚達(dá)到要求后關(guān)閉擋板，將電子掄電流減為0，該速率及膜厚均可在膜厚儀上直接顯示。
6)再先后進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)其工藝條件為a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上b、電子掄高壓仍置10kv。
c、在膜厚儀上，設(shè)定所用金屬的密度D和系數(shù)Z值；d、用控制器按照不同金屬材料給電子掄加不同的電流，使金屬熔化；e、打開擋板在所施加電流的條件下，以確定的速率進(jìn)行蒸發(fā)；同時對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，待膜厚達(dá)到要求后關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0；f、待淀積到片子上的二氧化硅/金屬冷卻20分鐘后取出片子；7)對取出的片子進(jìn)行剝離，即用丙酮和超聲波清洗對淀積到片子上的二氧化硅/金屬進(jìn)行光刻膠的剝離。
參照圖7，本發(fā)明先金屬后二氧化硅原位蒸發(fā)的工藝過程與圖6的工藝條件相同，只是蒸發(fā)膜的先后不同，圖7的過程是先蒸發(fā)金屬膜，再蒸發(fā)SiO2。
以下給出三個實施例因清洗、光刻、剝離工藝相同，實施例中就不再說明。
實施例1III-V族化合物材料選用砷化鎵(GaAs)，金屬選用鎳和金，工藝過程為先蒸發(fā)二氧化硅，后蒸發(fā)金屬，即先SiO2后Ni/Au原位蒸發(fā)的過程為1)將光刻過的GaAs基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中；2)將反應(yīng)室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)按如下工藝條件進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)a、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預(yù)熱后，開高壓，電壓置10kv；b、將膜厚儀開關(guān)置ON，設(shè)定好SiO2的密度D和Z系數(shù)，即D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到10mA；d、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達(dá)2/sec該速率在膜厚儀上可直接顯示；e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進(jìn)行掃描，即在控制器上，不停的來回轉(zhuǎn)動控制束斑位置的旋鈕，因為SiO2是絕緣物，導(dǎo)熱性很差，束斑老停留在一個位置，容易把坩堝打穿，而EB蒸發(fā)臺上的坩堝是很昂貴的，待膜厚儀上顯示膜厚已達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，冷卻2分鐘，開始蒸金屬；4)Ni/Au金屬膜的蒸發(fā)①先按如下工藝條件蒸Ni金屬a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；
c、在膜厚儀上，設(shè)定Ni的D和Z值D8.85g/cm3Z0.331d、用控制器加電子掄電流，使Ni金屬熔化，電流一般加到70mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達(dá)1.5/sec；f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性，使膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ni金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；②按如下工藝條件淀積Au膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Au的D和Z值D19.3g/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，電流一般加到60mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達(dá)1.5/sec；f、蒸發(fā)時和金屬Ni一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ni/Au冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
實施例2III-V族化合物材料選用磷化銦(InP)，金屬選用鎳和金，工藝過程為先蒸發(fā)金屬后蒸發(fā)二氧化硅，，即先Ni/Au后SiO2原位蒸發(fā)的過程為1)將光刻過的InP基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中；2)將反應(yīng)室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)①先按如下工藝條件蒸發(fā)Ni金屬
a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預(yù)熱后，開高壓，電壓置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ni的D和Z值D8.85g/cm3Z0.331d、用控制器給電子掄加電流，使Ni金屬熔化，電流一般加到80mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率可達(dá)3.5/sec；f、蒸發(fā)時，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性，使膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達(dá)到要求后(膜厚在膜厚儀上也直接顯示)，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0；g、待淀積到片子上的Ni金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；②按如下工藝條件蒸發(fā)Au膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Au的D和Z值D19.3g/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，電流一般加到70mAe、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達(dá)3.5/sec；f、蒸發(fā)時和金屬Ni一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚儀上顯示膜厚已達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0。
4)按如下工藝條件進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、蒸發(fā)臺的電子掄電壓仍然置10kv；c、將膜厚儀開關(guān)置ON，設(shè)定好SiO2的密度D和Z系數(shù)D2.202g/cm3Z-系數(shù)1.07d、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到15mA；e、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上敘電流條件下，在膜厚儀可直接顯示蒸發(fā)速率可達(dá)6/sec
f、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進(jìn)行掃描，即在控制器上，不停的來回轉(zhuǎn)動控制束斑位置的旋鈕，待膜厚儀上顯示的膜厚達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，g、待淀積到片子上的Ni/Au/SiO2冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
實施例3III-V族化合物材料選用氮化鎵(GaN)，金屬選用鈦、鋁、鈦、金，工藝過程為先蒸發(fā)二氧化硅后蒸發(fā)金屬，即先SiO2后Ti/Al/Ti/Au原位蒸發(fā)工藝為1)將光刻過的GaN基片子裝入EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中；2)將反應(yīng)室抽真空，要求真空度2.4×10-3Pa以上3)進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)a、打開蒸發(fā)臺的電子掄電源，預(yù)熱后，開高壓，電壓置10kv；b、將膜厚儀開關(guān)置ON，設(shè)定好SiO2的密度D和Z系數(shù)，D2.202g/cm3Z1.07c、用控制器加電子掄電流，使SiO2熔化，電流一般加到20mA；d、打開擋板，開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀上可直接顯示蒸發(fā)速率達(dá)10/sec；e、蒸發(fā)時對電子掄的束斑要不停的進(jìn)行掃描，即在控制器上，不停的來回轉(zhuǎn)動控制束斑位置的旋鈕，待膜厚儀上顯示的膜厚達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，冷卻2分鐘后，開始蒸發(fā)金屬；4)Ti/Al/Ti/Au金屬膜的蒸發(fā)第一步，蒸Ti膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ti的密度D和系數(shù)Z的值D4.50g/cm3Z0.628d、用控制器加電子掄電流，使Ti金屬熔化，電流一般加到30mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，在膜厚儀直接顯示蒸發(fā)速率可達(dá)3.0/sec；
f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性，使膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，、待膜厚達(dá)到要求后關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ti金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Al；第二步，蒸Al膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上。
b、電子掄高壓仍置10kv。
c、在膜厚儀上，設(shè)定Au的D和Z值D2.7(g/cm3) Z-系數(shù)1.08d、用控制器加電子掄電流，使Al金屬熔化，電流一般加到40mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達(dá)3.5/sec；f、蒸發(fā)時和金屬Ti一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)金屬熔化的均勻性，使淀積膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Al金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Ti；第三步，蒸Ti膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ti的D和Z值D4.50G/cm3Z0.628d、用控制器加電子掄電流，使Ti金屬熔化，電流一般加到30mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達(dá)3.0/sec；f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性，使膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達(dá)到要求后，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的Ti金屬膜冷卻2分鐘后，開始蒸Au；第四步，蒸Au膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；
c、在膜厚儀上，設(shè)定Au的D和Z值D19.3g/cm3Z0.381d、用控制器加電子掄電流，使Au金屬熔化，電流一般加到70mA；e、打開擋板開始蒸發(fā)，在上述電流條件下，蒸發(fā)速率可達(dá)3.0/sec；f、蒸發(fā)時和SiO2一樣，對電子束的束斑要不停的進(jìn)行掃描，以改善蒸發(fā)源的熔化均勻性，使膜的質(zhì)量好蒸發(fā)速率穩(wěn)定，待膜厚達(dá)到要求后(膜厚在膜厚儀上也直接顯示)，關(guān)掉擋板，將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ti/Al/Ti/Au冷卻20分鐘后取出片子，交到下道工序。
權(quán)利要求
1.一種在III-V族化合物材料上原位淀積SiO2和金屬膜的方法，采用電子束EB真空蒸發(fā)，用高純SiO2顆粒作蒸發(fā)源材料，在1個設(shè)備的蒸發(fā)臺內(nèi)先后完成對SiO2膜和金屬膜的兩種膜蒸發(fā)，具體過程如下(1)對III-V族化合物材料的基片進(jìn)行清洗、烘干；(2)在清洗、烘干后的基片上光刻圖形；(3)將光刻過的基片裝入電子束EB蒸發(fā)臺的反應(yīng)室中，在室溫下分別按如下條件先進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)，再進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)，或者先進(jìn)行金屬膜的蒸發(fā)，再進(jìn)行SiO2膜的蒸發(fā)；所述SiO2膜的蒸發(fā)工藝條件為a.將反應(yīng)室抽真空在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有SiO2材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定SiO2的密度D和系數(shù)Z分別為2.202g/cm3和1.07；d、用控制器給電子掄加10～20mA的電流，使SiO2熔化；e、以2-10A/sec的速率進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的過程中對電子掄的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0；所述金屬膜的蒸發(fā)工藝條件為a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有金屬膜材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓為10kv；c、在膜厚儀上，按照不同的金屬材料設(shè)定其密度D為2.7～19.3、系數(shù)Z值為0.331～1.08；e、用控制器給電子掄按不同金屬材料加30～80mA的電流，使金屬熔化；d.以1.5-6A/sec的速率進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，待膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0；(4)將淀積到基片上的二氧化硅/金屬進(jìn)行光刻膠的剝離。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位淀積SiO2和金屬膜的方法，其中金屬膜采用Ni和Au的蒸發(fā)工藝過程為第一步，按如下工藝條件先蒸發(fā)Ni金屬a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有Ni材料的坩堝置待加熱位置，置電子掄高壓10kvc、在膜厚儀上，設(shè)定Ni的D和Z值分別為8.85g/cm3和0.331；d、用控制器給電子掄加70～80mA的電流，使Ni金屬熔化；e、以1.5-3.5/sec速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，待膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0；第二步，按如下工藝條件再蒸發(fā)Au膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、將裝有Au材料的坩堝置待加熱位置，電子掄高壓置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Au的D和Z值分別為19.3g/cm3和0.381；d.用控制器給電子掄加60～70mA的電流，使Au金屬熔化；e、以1.5-3.5/sec的速率進(jìn)行蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ni/Au冷卻后取出進(jìn)行光刻膠的剝離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的原位淀積SiO2和金屬膜的方法，其中金屬膜采用Ti、Al、Ti、Au的蒸發(fā)工藝過程為第一步，按如下工藝條件蒸發(fā)Ti膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ti的密度D和系數(shù)Z的值分別為4.50g/cm3和0.628；d、用控制器給電子掄加30mA電流，使Ti金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0。第二步，按如下工藝條件蒸發(fā)Al膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度仍然維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Al的D和Z值分別為2.7g/cm3和1.08；d、用控制器給電子掄加40mA電流，使Al金屬熔化；e、以3.5/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0。第三步，按如下工藝條件蒸發(fā)Ti膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ti的D和Z值分別為4.50g/cm3和0.628；d、用控制器給電子掄加30mA，使Ti金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0。第四步，按如下工藝條件蒸發(fā)Au膜a、反應(yīng)室內(nèi)真空度維持在2.4×10-3Pa以上；b、電子掄高壓仍置10kv；c、在膜厚儀上，設(shè)定Ti的D和Z值分別為19.3g/cm3和0.381；d、用控制器給電子掄加70mA，使Au金屬熔化；e、以3.0/sec的速率蒸發(fā)，并在蒸發(fā)的同時對電子束的束斑進(jìn)行掃描，直到膜厚達(dá)到要求后將電子掄電流減為0，待淀積到片子上的SiO2/Ti/Al/Ti/Au冷卻后取出進(jìn)行光刻膠的剝離。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在III－V族化合物材料上原位淀積SiO
文檔編號H01L21/02GK1713360SQ20051004267
公開日2005年12月28日 申請日期2005年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月17日
發(fā)明者郝躍, 謝永桂, 馮倩, 張進(jìn)城, 李亞琴, 王沖 申請人:西安電子科技大學(xué)