专利名称：磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单片集成制造方法
技术领域：
本发明涉及一种晶体管的制造方法，尤其是一种共振遂穿二极管与高电子迁移 率晶体管的集成制造方法，具体地说是一种通过苯并环丁烯(BCB)平坦化技术实现磷化 铟基共振遂穿二极管(RTD)与高电子迁移率晶体管(HEMT)单片集成制造方法。
背景技术：
经过近20年的研究，表明InP系材料是到目前为止性能最为优异的电子材料之 一，相对于目前高速器件的主流材料GaAs来说，InP材料在性能、尺寸、重量、功率效 率、抗辐射等方面具有明显优势，是未来高速器件发展的主流材料。 共振遂穿二极管(RTD)是基于量子遂穿效应的一种负阻纳米电子器件，具有 响应速度快、工作频率高，功耗低等特点，由RTD串联可以构成具有自锁特性的单稳 态-双稳态逻辑转换单元(MOBLE)，且构成相同功能的电路所用共振遂穿二极管比常规 器件要少，具有简化电路，降低功耗的作用。高电子迁移率晶体管(HEMT)是目前毫米 波单片集成电路领域最具竞争力的三端器件，具有电子迁移率高、器件跨导大、截止频 率高、噪声低、开关速度快等特点，广泛应用在雷达、卫星通讯、汽车防撞雷达以及超 高速数字电路中。共振遂穿二极管(RTD)与高电子迁移率晶体管(HEMT)单片集成超高 速数字电路具有结构简单，灵活多变，可控性很强，制作工艺兼容性好的特点，在未来 超大规模集成电路(VLSI)等方面有着及其重要的应用前景。 据申请人所知，目前仅有有关共振遂穿二极管和高电子迁移率晶体管单独的 制造工作，而无将二者进行集成的相关报告，文献IEEE Electron Device Lett, Vol 16， No.3， pp.l27-129， 1996进行了 RTD与HEMT器件的集成，简单的介绍了集成工艺先 用湿法腐蚀出RTD阴极层，从而确定RTD台面，然后用选择性腐蚀液腐蚀到与HEMT材 料的隔离层。 文献王建林，刘忠立等.RTD与PHEMT集成的几个关键工艺，半导体学报， Vol.26， No.2， page(s): 390-394。
介绍了 RTD与PHEMT集成的几个关键工艺用湿法 腐蚀出所需器件台面，RTD电极的欧姆接触，PHEMT源漏电极的欧姆接触，PHEMT栅 电极等的制作工艺。 因此，目前尚无一种完整的磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单 片集成制造方法可供使用，它直接影响了此类高性能电子器件的市场化。
发明内容
本发明的目的是针对目前缺乏一种完整的行之有效的磷化铟基共振遂穿二极管 与高电子迁移率晶体管单片集成方法影响了其生产和应用的问题，发明一种磷化铟基共 振遂穿二极管(RTD)与高电子迁移率晶体管(HEMT)单片集成制造方法。
本发明的技术方案是
—种磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单片集成制造方法，其特 征是它包括以下步骤 步骤1 :在半导体材料磷化铟衬底1上用分子束外延设备依次生长高电子迁移率 晶体管材料层2、隔离自停止层3和共振遂穿二极管RTD材料层4 ; 步骤2:在共振遂穿二极管材料层4上表面蒸发形成钛铂金金属层，并用电子束 在共振遂穿二极管材料层4上蒸发形成的钛铂金金属层上刻写形成共振遂穿二极管上电
极金属5 ; 步骤3 :用光学光刻和湿法腐蚀形成共振遂穿二极管上电极台面51和下电极台 面61 ; 步骤4:用湿法腐蚀形成共振遂穿二极管下台面，在下台面上蒸发形成钛铂金 金属层，再用光学光刻法在蒸发形成的钛铂金金属层上形成共振遂穿二极管的下电极金
属6 ; 步骤5 :用湿法腐蚀去除高电子迁移率晶体管材料层2表面的隔离自停止层3 ;
步骤6:用蒸发法在高电子迁移率晶体管材料层2上形成金锗镍金金属层，退火 后再用光学光刻在高电子迁移率晶体管材料层4上蒸发形成的金锗镍金金属层，使之形 成源极7和漏极8 ; 步骤7 :用光学光刻和湿法腐蚀实现高电子迁移率晶体管和共振遂穿二极管之
间的隔离，形成隔离沟10 ; 步骤8 :用电子束刻写形成高电子迁移率晶体管的栅脚、栅把及栅帽； 步骤9 :用湿法选择腐蚀形成栅槽91 ; 步骤10 :用电子束蒸发在栅槽91内蒸栅金属层形成栅极9 ; 步骤ll:用光学光刻和电子束蒸发法，制作形成金属接线柱ll， 12， 13， 14，
15 ; 步骤12:浇注苯并环丁烯16以实现器件平坦化，固化后，用干法刻蚀苯并环丁 烯16，露出接线柱金属11， 12， 13， 14， 15; 步骤13:在苯并环丁烯上做金属布线，实现共振遂穿二极管和高电子迁移率晶 体管的互联即可。 所述的腐蚀出共振遂穿二极管上台面51所用的腐蚀液为磷酸腐蚀液，腐蚀出共 振遂穿二极管下台面61所用的腐蚀液为铟镓砷/铝砷的铟镓砷选择性腐蚀液丁二酸腐蚀 液。 所述的去除隔离自停止层3所用的腐蚀液为盐酸腐蚀液。 所述的高电子迁移率晶体管的源极、漏极金属欧姆接触所用的金属为金锗镍金
所述的用湿法腐蚀实现高电子迁移率晶体管和共振遂穿二极管之间的台面隔离
形成隔离沟io所用的腐蚀液为磷酸腐蚀液。 所述的栅槽9腐蚀时所用腐蚀液为铟镓砷/铟铝砷的铟镓砷选择性腐蚀液脂肪酸 腐蚀液。 所述的栅极9为钛铂金钛合金。 所述的实现共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管器件互联的工艺为苯并环丁烯平坦化工艺与金属互联工艺。
本发明的有益效果 本发明具有工艺简单，可操作性强，成品率高等特点，具有很好的实用性。
图1是本发明共振遂穿二极管(RTD)和高电子迁移率晶体管(HEMT)集成的截面效果图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图l所示。 —种磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单片集成制造方法，它包括以下步骤 步骤1 :在半导体材料磷化铟(InP)衬底1上用分子束外延(MBE)设备依次生长
高电子迁移率晶体管(HEMT)材料层2、铝砷(AlAs)隔离自停止层3和共振遂穿二极管
(RTD)材料层4结构；其中铝砷(AlAs)隔离自停止层3实现丁二酸(SA)腐蚀液的腐蚀自
停止，同时实现共振遂穿二极管材料4和高电子迁移率晶体管材料2的隔离； 步骤2:，在共振遂穿二极管(RTD)材料层4上用PECVD电子束蒸发形成钛铂
金金属层作为共振遂穿二极管上电极金属，用电子束NB-1光刻机刻写形成共振遂穿二极
管上电极5; 步骤3 :用MJB-3光刻机光刻和湿法腐蚀形成共振遂穿二极管上电极台面51和下电极台面61，其中形成共振遂穿二极管上电极台面51腐蚀液为磷酸腐蚀液，形成共振遂穿二极管下台面61腐蚀液为铟镓砷(InGaAs)/铝砷(AlAs)选择性腐蚀液丁二酸(SA)腐蚀液，其中铝砷(AlAs)隔离自停止层3实现丁二酸(SA)腐蚀液的腐蚀自停止，同时实现共振遂穿二极管材料4和高电子迁移率晶体管材料2的隔离； 步骤4 :用MJB-3光刻机光刻形成共振遂穿二极管下台面，蒸发钛铂金(Ti/Pt/Au)作为共振遂穿二极管下电极金属6 ;; 步骤5 :用湿法腐蚀去除共振遂穿二极管材料和高电子迁移率晶体管材料的隔离层自停止层3，其中所用腐蚀液为盐酸腐蚀液； 步骤6:，在高电子迁移率晶体管材料层2的表面蒸发形成金锗镍金(Au/Ge/Ni/Au)金属层，退火后用前述的光学光刻设备形成高电子迁移率晶体管的源极7、漏极8;
步骤7 :用MJB-3光刻机光刻和湿法腐蚀形成台面隔离，形成隔离沟10，实现器件隔离，其中所用腐蚀液为磷酸； 步骤8 :用电子束刻写形成高电子迁移率晶体管的栅脚、栅把及栅帽； 步骤9 :用湿法腐蚀出栅槽91 ，腐蚀液为铟镓砷(InGaAs)/铟铝砷(InAlAs)的铟
镓砷(InGaAs)选择性腐蚀液脂肪酸(AA)腐蚀液； 步骤10 :用电子束蒸发在栅槽91内蒸发钛铂金钛(Ti/Pt/Au/Ti)合金形成栅金属层，再制作形成栅极9; 步骤ll:用光学光刻和电子束蒸发，制作金属接线柱ll、 12、 13、 14、 15。其中金属为钛铂金钛(Ti/Pt/Au/Ti); 步骤12:涂覆苯并环丁烯(BCB)16实现器件平坦化，固化后，用干法刻蚀苯并环丁烯露出接线柱金属； 步骤13:在苯并环丁烯(BCB)16上做金属布线17、 18，实现共振遂穿二极管4和高电子迁移率晶体管2的互联。如图1所示。 以下是参照本发明的方法步骤的一个具体的最佳实施例，任何人均可参照本实施例和本发明的方法步骤制造成合格的高性能的集成器件，其中的参数均为常规参数，可参见相关设备和工艺手册加以选定或设定。其步骤为 (1)半导体材料磷化铟(InP)衬底上用分子束外延(MBE)设备依次生长高电子迁
移率晶体管(HEMT)和共振遂穿二极管(RTD)材料结构。(2)RTD上电极的制作蒸发20nmTi/20nmPt/150nmAu。 (3)RTD台面腐蚀 RTD上台面腐蚀液选用H3P04 : H202 : H20 = 1 : 1 : 40(体积比)腐蚀液，腐蚀时间约110秒腐蚀深度190nm以上即可。 RTD下台面腐蚀液选用丁二酸(SA) : H202 = 15 : l(体积比)腐蚀液，腐蚀时间约100秒，具体时间根据RTD下台面到AlAs自停止层的厚度决定，允许过腐蚀。
(4)RTD下电极的制作蒸发20nm Ti/20nm Pt/150nm Au。
(5)去除自停止隔离层选用HCi : h2o = i : io(体积比)腐蚀液，腐蚀时间
30秒。(6)HEMT源漏电极的制作蒸发24nmAu/12nmGe/12nmNi/150nmAu，退火温度为280°C，退火时间50秒。[OO58](7)器件的隔离
台面隔离选用h3p04 : h2o2 : h2o = i : 1 : 40(体积比)腐蚀液，腐蚀时间约80sc
(3)HEMT栅极的制作
a、 用PECVD法生长一层50nm的Si3N4
b、 涂胶，用电子束写HEMT栅脚，栅把，显影
c、 用干法刻蚀形成HEMT栅脚，栅把，去胶
d、 用湿法腐蚀挖栅槽，选用脂肪酸(AA) : H202
25 : l(体积比)腐蚀液，
W及金属，剥离，去胶c
e、 涂胶，用电子束写HEMT栅帽d、蒸发50nm Ti/50nm Pt/450nm Au/20nm Ti金属做〗
f、 用PECVD法生长一层100nm的Si3N4介质保护丰
(9) 金属接线柱的制作
a、 涂胶，曝光，显影形成刻蚀窗口
b、 用干法刻蚀Si3N4介J
c、 第二次涂胶，曝光，显影形成金属接线柱蒸发窗口
d、 蒸发50nmTi/50nmPt/550nmAu/20nmTi金属做金属接线柱，剥离，去胶。
(10) 涂覆苯并环丁烯(BCB)，固化，用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀苯并环丁烯，露
力、质，形成蒸金属接线柱的介质窗口，去胶出接线柱金属。(ll)金属布线，涂胶，曝光，显影，蒸发50nmTi/50nmPt/450nmAu/20nmTi金
属，实现互连即得本发明的单片集成器件。 本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
一种磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单片集成制造方法，其特征是它包括以下步骤步骤1在半导体材料磷化铟衬底(1)上用分子束外延设备依次生长高电子迁移率晶体管材料层(2)、隔离自停止层(3)和共振遂穿二极管(RTD)材料层(4)；步骤2在共振遂穿二极管材料层(4)上表面蒸发形成钛铂金金属层，并用电子束在共振遂穿二极管材料层(4)上蒸发形成的钛铂金金属层上刻写形成共振遂穿二极管上电极金属(5)；步骤3用光学光刻和湿法腐蚀形成共振遂穿二极管上电极台面(51)和下电极台面(61)；步骤4用湿法腐蚀形成共振遂穿二极管下台面，在下台面上蒸发形成钛铂金金属层，再用光学光刻法在蒸发形成的钛铂金金属层上形成共振遂穿二极管的下电极金属(6)；步骤5用湿法腐蚀去除高电子迁移率晶体管材料层(2)表面的隔离自停止层(3)；步骤6用蒸发法在高电子迁移率晶体管材料层(2)上形成金锗镍金金属层，退火后再用光学光刻在高电子迁移率晶体管材料层(4)上蒸发形成的金锗镍金金属层，使之形成源极(7)和漏极(8)；步骤7用光学光刻和湿法腐蚀实现高电子迁移率晶体管和共振遂穿二极管之间的隔离，形成隔离沟(10)；步骤8用电子束刻写形成高电子迁移率晶体管的栅脚、栅把及栅帽；步骤9用湿法选择腐蚀形成栅槽(91)；步骤10用电子束蒸发在栅槽(91)内蒸发栅金属层形成栅极(9)；步骤11用光学光刻和电子束蒸发法，制作形成金属接线柱(11，12，13，14，15)；步骤12浇注苯并环丁烯(16)以实现器件平坦化，固化后，用于法刻蚀苯并环丁烯(16)，露出接线柱金属(11，12，13，14，15)；步骤13在苯并环丁烯上做金属布线，实现共振遂穿二极管和高电子迁移率晶体管的互联即可。
2. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的腐蚀出共振遂穿二极管上台面 (51)所用的腐蚀液为磷酸腐蚀液，腐蚀出共振遂穿二极管下台面(61)所用的腐蚀液为铟镓砷/铝砷的铟镓砷选择性腐蚀液丁二酸腐蚀液。
3. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的去除隔离自停止层(3)所用的 腐蚀液为盐酸腐蚀液。
4. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的高电子迁移率晶体管的源极、 漏极金属欧姆接触所用的金属为金锗镍金合金。
5. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的用湿法腐蚀实现高电子迁移率 晶体管和共振遂穿二极管之间的台面隔离形成隔离沟(10)所用的腐蚀液为磷酸腐蚀液。
6. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的栅槽(9)腐蚀时所用腐蚀液为 铟镓砷/铟铝砷的铟镓砷选择性腐蚀液脂肪酸腐蚀液。
7. 根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的栅极(9)为钛铂金钛合金。
8.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于所述的实现共振遂穿二极管与高电子 迁移率晶体管器件互联的工艺为苯并环丁烯平坦化工艺与金属互联工艺。
全文摘要
一种磷化铟基共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管单片集成制造方法，其基本步骤是在半导体材料磷化铟(InP)衬底上用分子束外延设备依次生长高电子迁移率晶体管和共振遂穿二极管材料；在外延片的表面用电子束光刻，光学光刻和湿法腐蚀形成共振遂穿二极管的台面；用光学光刻和湿法腐蚀实现器件之间的隔离，形成隔离沟；用金属欧姆接触制作共振遂穿二极管的上电极、下电极和高电子迁移率晶体管的源极、漏极，然后进行退火；用电子束光刻、干法刻蚀、湿法腐蚀制作栅极；通过干法刻蚀、光学光刻和电子束蒸发制作金属接线柱；最后通过苯并环丁烯平坦化工艺和金属布线把共振遂穿二极管与高电子迁移率晶体管互联起来。本发明具有工艺简单，可操作性强，成品率高等特点，具有很好的实用性。
文档编号H01L21/77GK101692438SQ20091023293
公开日2010年4月7日 申请日期2009年10月19日 优先权日2009年10月19日
发明者程伟, 邹鹏辉, 陈辰, 韩春林 申请人:中国电子科技集团公司第五十五研究所