专利名称：：实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法
技术领域：
：本发明涉及化合物半导体材料、器件及电路
技术领域：
，尤其涉及一种实现单片集成砷化镓(GaAs)基增强/耗尽型高电子迁移率晶体管(E/DMHEMT)的方法。
背景技术：
：高电子迁移率晶体管(HEMT)具有高频、高速、高功率增益和低噪声系数的特点，因而大量应用于军事、太空和民用通讯领域，如毫米波雷达、电子战、智能装备、卫星通讯和辐射天文学等。GaAs基HEMT主要应用于Ka波段以下，而InP基HEMT在更高的W波段仍具有高增益和低噪声性能，但是InP基HEMT的不足之处在于一是源漏击穿电压低，输出功率小，制约了其在微波功率放大器电路上的应用；二是InP衬底易碎，晶片尺寸小，价格高昂，加工成本高。GaAs基MHEMT结构，即在GaAs衬底上外延InP基HEMT的外延结构。这样，既可以利用GaAs衬底成熟的制备工艺，降低了制备成本；同时也可以获得与InP基HEMT相近的高频、高速、低噪声性能。常规的GaAs基MHEMT外延结构均为耗尽型。单片集成E/DMHEMT可以实现直接耦合场效应晶体管逻辑(DCFL)，可以用于高速逻辑电路；同时利用E/DMHEMT，也可以将射频前端(低噪放、功放、开关)实现单片集成，降低芯片面积。因此，单片集成E/DMHEMT技术正成为高速数字电路和射频微波电路的一个研究热点。
发明内容(一)要解决的技术问题有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法，以达到利用常规耗尽型高电子迁移率晶体管(DMHEMT)外延材料实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的目的。(二)技术方案为达到上述目的，本发明提供了一种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法，该方法利用常规DMHEMT外延材料，在常规DMHEMT外延材料上依次进行如下工艺步骤源漏制作、台面隔离、增强栅光刻、增强型栅槽腐蚀、蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属、耗尽型栅光刻、耗尽型栅槽腐蚀、蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属、退火处理、金属布线和金属剥离，实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型MHEMT。上述方案中，所述进行源漏制作的步骤包括光刻、蒸发和合金，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、1#源漏阳版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟30秒，显影60秒、打底胶60秒、漂洗20秒，蒸发Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au，其中，Ni为4纟内米，Ge为4纳米，Au为66纳米，Ge为8纳米，Ni为3纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离，并在28(TC下合金1分钟。上述方案中，所述进行台面隔离的步骤包括光刻和腐蚀，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶9912、前烘、2弁台面隔离阳版光刻，曝光，显影60秒、坚膜90秒、打底胶120秒、台面隔离湿法腐蚀直至漏电流降为纳安量级、测试隔离效果、去胶清洗。上述方案中，所述进行增强栅光刻的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、3#增强栅版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影50秒、清洗、吹干。上述方案中，所述进行增强型栅槽腐蚀的步骤，具体制备过程依次如下坚膜90秒、打底胶60秒、湿法腐蚀栅槽。上述方案中，所述蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属的步骤，具体制备过程依次如下漂洗、蒸发增强栅金属Pt/Ti/Pt/Au，其中，Pt为4纳米，Ti为50纳米，Pt为80纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离、去胶清洗。上述方案中，所述进行耗尽型栅光刻的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、4井增强栅版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影50秒、清洗、吹干。上述方案中，所述进行耗尽型栅槽腐蚀的步骤，具体制备过程依次如下坚膜90秒、打底胶60秒、湿法腐蚀栅槽。上述方案中，所述蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属的步骤，具体制备过程依次如下漂洗、蒸发耗尽栅金属Ti/Pt/Au，其中，Ti为50纳米，Pt为80纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离、去胶清洗。上述方案中，所述进行退火处理的步骤，具体制备过程依次如下在28(TC温度下，对增强型栅金属Pt/Ti/Pt/Au进行退火处理，退火时间18分钟。上述方案中，所述进行金属布线的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、5#布线版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影70秒、打底胶100秒、漂洗、蒸发Ti/Au，其中，Ti为50纳米，Au为500纳米。上述方案中，所述进行金属剥离的步骤，具体制备过程依次如下丙酮剥离、去胶清洗。(三)有益效果从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果1、本发明提供的这种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法，先光刻和腐蚀增强型栅，蒸发Pt/Ti/Pt/Au栅金属，然后光刻和腐蚀耗尽型栅，蒸发Pt/Ti/Pt/Au栅金属。因为Pt基埋栅的势垒高度较高，同时在退火过程中，Pt和InAlAs势垒层反应，Pt向下渗透，縮小栅到沟道的距离，从而正向增加阈值电压，得到增强型阈值电压。而Ti/Pt/Au在退火过程中不发生反应，阈值电压基本不变化，可以得到耗尽型阈值电压。因而，达到了利用常规DMHEMT外延材料实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的目的。2、本发明利用常规耗尽型MHEMT材料，考虑到外延生长和器件制备两方面的实际要求，利用常规耗尽型外延材料，在不增加外延复杂度的前提下，分别蒸发Pt/Ti/Pt/Au和Pt/Ti/Pt/Au作为增强和耗尽栅金属，并进行退火工艺，利用Pt/Ti/Pt/Au和Ti/Pt/Au在退火工艺中的不同性质，达到了利用常规耗尽型MHEMT外延材料实现单片集成E/DMHEMT的目的。3、本发明提供的这种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法，经过试验进一步证实了利用该发明的新工艺可以实现单片集成E/DMHEMT。下面结合附图和实施例对本发明进一步说明图1是本发明提供的实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法流程图2是利用常规耗尽型GaAs基MHEMT材料结构制备的增强型MHEMT的照片；图3是增强型MHEMT的DC测试结果；图4是利用常规耗尽型GaAs基MHEMT材料结构制备的耗尽型MHEMT的照片；图5是耗尽型MHEMT的DC测试结果。具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。为了利用常规耗尽型的MHEMT外延材料实现单片集成E/DMHEMT，本发明提供了一种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的新工艺。这里，常规耗尽型的MHEMT外延材料如表1所示，表l为常规耗尽型GaAs基MHEMT材料结构。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表l如图1所示，图1是本发明提供的实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法流程图，该方法利用常规DMHEMT外延材料，在常规DMHEMT外延材料上依次进行如下工艺步骤源漏制作、台面隔离、增强栅光刻、增强型栅槽腐蚀、蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属、耗尽型栅光刻、耗尽型栅槽腐蚀、蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属、退火处理、金属布线和金属剥离，实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型MHEMT。基于图1所示的实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法流程图，以下对各工艺步骤进行详细说明步骤K进行源漏制作，包括光刻、蒸发、合金等步骤。具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、l弁源漏阳版光刻，曝光，反转90s，泛曝光3min30s，显影60s、打底胶60s、漂洗20s，蒸发Ni(4nm)/Ge(4nm)/Au(66nm)/Ge(8nm)/Ni(3nm)/Au(220nm)、丙酮剥离、280。C合金lmin。步骤2、进行台面隔离，包括光刻、腐蚀等步骤。具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶9912、前烘、2井台面隔离阳版光刻，曝光，显影60s、坚膜90s、打底胶120s、台面隔离湿法腐蚀直至漏电流降为纳安量级、测试隔离效果、去胶清洗。步骤3、进行增强栅光刻。具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、3ft增强栅版光刻，曝光，反转90s，泛曝光3min，显影50s、清洗、吹干。步骤4、进行增强型栅槽腐蚀。具体制备过程依次如下、坚膜90s、打底胶60s、湿法腐蚀栅槽。步骤5、蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属。具体制备过程依次如下、漂洗、蒸发增强栅金属Pt(4nm)/Ti(50nm)/Pt(80nm)/Au(220nm)、丙酮剥离、去胶清洗。步骤6、进行耗尽型栅光刻。具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、4弁增强栅版光刻，曝光，反转90s，泛曝光3min，显影50s、清洗、吹干。步骤7、进行耗尽型栅槽腐蚀。具体制备过程依次如下坚膜90s、打底胶60s、湿法腐蚀栅槽。.步骤8、蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属。具体制备过程依次如下漂洗、蒸发耗尽栅金属Ti(50nm)/Pt(80nm)/Au(220nm)、丙酮剥离、去胶清洗。步骤9、进行退火处理。具体制备过程依次如下28(TC温度，对增强型栅金属Pt/Ti/Pt/Au进行退火处理，时间18min。步骤IO、进行金属布线。具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、5#布线版光刻，曝光，反转90s，泛曝光3min，显影70s、打底胶100s、漂洗、蒸发Ti(50nm)/Au(500nm)。步骤11、进行金属剥离。具体制备过程依次如下丙酮剥离、去胶清洗。步骤12、在进行完金属剥离后，就实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型MHEMT，单片集成E/DMHEMT器件的工艺结束，然后可进一步进行器件测试步骤。图2示出了利用常规耗尽型GaAs基MHEMT材料结构制备的增强型MHEMT的照片；图3示出了增强型MHEMT的DC测试结果，其中，阈值电压为0.1V。图4示出了利用常规耗尽型GaAs基MHEMT材料结构制备的耗尽型MHEMT的照片；图5示出了耗尽型MHEMT的DC测试结果，其中，阈值电压为-0.5V。本发明提供的这种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的新工艺，考虑到外延生长和器件制备两方面的实际要求。利用常规耗尽型外延材料，在不增加外延生长复杂度的情况下，利用Pt/Ti/Pt/Au和Ti/Pt/Au在退火工艺中的不同性质，实现了单片集成E/DMHEMT。并且经过试验证实利用该发明的新工艺可以实现单片集成E/DMHEMT。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。权利要求1、一种实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型高电子迁移率晶体管E/DMHEMT的方法，其特征在于，该方法利用常规耗尽型高电子迁移率晶体管DMHEMT外延材料，在常规DMHEMT外延材料上依次进行如下工艺步骤源漏制作、台面隔离、增强栅光刻、增强型栅槽腐蚀、蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属、耗尽型栅光刻、耗尽型栅槽腐蚀、蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属、退火处理、金属布线和金属剥离，实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型MHEMT。2、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行源漏制作的步骤包括光刻、蒸发和合金，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、1#源漏阳版光刻，曝光，反转卯秒，泛曝光3分钟30秒，显影60秒、打底胶60秒、漂洗20秒，蒸发Ni/Ge/Au/Ge/Ni/Au，其中，Ni为4纳米，Ge为4纳米，Au为66纳米，Ge为8纳米，Ni为3纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离，并在28(TC下合金1分钟。3、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行台面隔离的步骤包括光刻和腐蚀，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶9912、前烘、2井台面隔离阳版光刻，曝光，显影60秒、坚膜90秒、打底胶120秒、台面隔离湿法腐蚀直至漏电流降为纳安量级、测试隔离效果、去胶清洗。4、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行增强栅光刻的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、3井增强栅版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影50秒、清洗、吹干。5、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行增强型栅槽腐蚀的步骤，具体制备过程依次如下坚膜90秒、打底胶60秒、湿法腐蚀栅槽。6、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属的步骤，具体制备过程依次如下漂洗、蒸发增强栅金属Pt/Ti/Pt/Au，其中，Pt为4纳米，Ti为50纳米，Pt为80纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离、去胶清洗。7、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行耗尽型栅光刻的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5206、前烘、4弁增强栅版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影50秒、清洗、吹干。8、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行耗尽型栅槽腐蚀的步骤，具体制备过程依次如下坚膜90秒、打底胶60秒、湿法腐蚀栅槽。9、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属的步骤，具体制备过程依次如下漂洗、蒸发耗尽栅金属Ti/Pt/Au，其中，Ti为50纳米，Pt为80纳米，Au为220纳米，然后进行丙酮剥离、去胶清洗。10、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行退火处理的步骤，具体制备过程依次如下在280。C温度下，对增强型栅金属Pt/Ti/Pt/Au进行退火处理，退火时间18分钟。11、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行金属布线的步骤，具体制备过程依次如下涂HMDS、匀胶AZ5214、前烘、5#布线版光刻，曝光，反转90秒，泛曝光3分钟，显影70秒、打底胶100秒、漂洗、蒸发Ti/Au，其中，Ti为50纳米，Au为500纳米。12、根据权利要求1所述的实现单片集成砷化镓基E/DMHEMT的方法，其特征在于，所述进行金属剥离的步骤，具体制备过程依次如下丙酮剥离、去胶清洗。全文摘要本发明公开了一种实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的方法流程图，该方法利用常规DMHEMT外延材料，在常规DMHEMT外延材料上依次进行如下工艺步骤源漏制作、台面隔离、增强栅光刻、增强型栅槽腐蚀、蒸发Pt/Ti/Pt/Au作为增强型栅金属、耗尽型栅光刻、耗尽型栅槽腐蚀、蒸发Ti/Pt/Au作为耗尽型栅金属、退火处理、金属布线和金属剥离，实现单片集成砷化镓基增强/耗尽型MHEMT。利用本发明，达到了利用常规DMHEMT外延材料实现单片集成GaAs基E/DMHEMT的目的。文档编号H01L21/8232GK101442025SQ200710177790公开日2009年5月27日申请日期2007年11月21日优先权日2007年11月21日发明者叶甜春,张海英,徐静波申请人:中国科学院微电子研究所