专利名称：利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极的方法
技术领域：
本发明涉及半导体材料与器件制造领域，具体涉及一种利用飞秒激光制备金 属-半导体接触电极的方法。
背景技术：
飞秒激光是20世纪80年代初期诞生并迅速发展起来的激光前沿研究领域和新的 科学技术分支，它是目前人类观察微观世界，揭示超快运动过程的重要手段。人们通常将皮 秒(ps，10-12s)、飞秒(fs，10-15s)光脉冲称之为超短光脉冲。飞秒激光具有以下特点一 是其脉冲宽度极短；二是经放大后峰值功率极高，可达太瓦(1012W)以上，经聚焦，峰值功 率密度可达108-1020W/cm2，其强度超过了原子内部的库仑场，比目前全世界发电总功率还 要多出百倍；三是它能聚焦到比头发的直径还要小的空间区域，使电磁场的强度比原子核 对其周围电子的作用力还要高数倍。这些独有的特点使飞秒激光具有广泛而特殊的用途， 使其在超快领域、超强领域，超微细加工领域和光通信中都有应用。飞秒激光超微细加工是当今世界激光、光电子行业中的一个极为引人注目的前沿 研究方向。与飞秒超快和飞秒超强研究有所不同的是飞秒激光超微细加工与先进的制造技 术紧密相关，对某些关键工业生产技术的发展可以起到更直接的推动作用。用超短激光脉 冲进行材料处理或加工，不仅可以改进用现有激光进行材料微加工的不足之处，而且还可 以完成传统激光加工无法做到的事情。飞秒激光具有极高的三维光子密度，可以对各种材 料实现逐层、微量加工；飞秒激光加工的热影响区域小，不存在长脉冲激光或连续激光加工 中的等离子体屏蔽效应，这就使其能量利用效率和加工精度都非常高。例如，纳秒和皮秒激 光加工时，在烧蚀区域周围融化层的污染会导致加工精度的降低。显微观测发现，纳秒和皮 秒激光烧蚀孔的周围存在冠状物，而飞秒激光烧蚀的孔洞外围非常平整。当用飞秒激光加工透明介质材料时，加工过程不受材料本身的线性吸收系数的影 响，同时，对材料表面或内部的缺陷不敏感。此外，从光和物质相互作用的角度来看，飞秒激 光加工涉及的主要是多光子电离的过程，在机理上不同于传统激光加工，飞秒激光烧蚀具 有低的破坏阈值及小的热扩散区的特点，可实现对材料的“非热”微加工，从而大大减小传 统长脉冲激光加工中热效应带来的负面影响，显著提高加工精度，在光电器件微加工领域 具有广阔的应用。本发明公开一种利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极的方法，该方法采用图 形直写，无需显影、定影即可直接进入下一工艺步骤，大大简化工艺，降低了成本，在一些场 合还可以代替电子束曝光技术制作细小金属电极。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新模式的图形曝光技术来实现金属_半导体接触电 极的制备。其广泛适用于包括高电子迁移率晶体管(HEMT)肖特基栅电极，金属-半导体光 电二极管(Metal-semiconductor photodiode)半透明电极以及欧姆接触电极等金属-半导体接触电极的制备。主要特点是采用飞秒激光加工工艺代替传统的图形曝光工艺，在晶 片上直接描绘图案，在一些场合还可以代替电子束曝光技术制作细小金属电极。为达到上述目的，本发明的解决方案是提供一种利用飞秒激光制备金属-半导 体接触电极的方法，包括如下步骤步骤1 在晶片表面涂布抗蚀剂；步骤2 采用飞秒激光直写技术，在抗蚀剂表面形成图形；步骤3 采用电子束蒸发技术，在图形的表面蒸发金属，使金属附着于图形的上 面，同时该金属还附着于剩余抗蚀剂的上面；步骤4:剥离晶片表面涂布的抗蚀剂，并同时剥离掉抗蚀剂上面的金属，得到金 属-半导体接触电极。其中晶片是砷化镓晶片。其中抗蚀剂是电子束胶或光刻胶。其中抗蚀剂的厚度为10纳米到0. 1微米。本发明的优点在于采用飞秒激光制作金属-半导体接触电极，操作简单，直接高 效，通过激光器终端所连接的显示器可以即时清晰地观察实验过程和实验结果；不再显影 定影，减少了对器件本身的污染。与传统光刻和电子束曝光工艺相比降低了成本。
为了进一步说明本发明的具体技术内容，下面结合实施例及附图详细说明如后， 其中图1-图4是本发明的工艺步骤流程图。
具体实施例方式请参阅图1-图4所示，本发明提供一种利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极 的方法，包括如下步骤步骤1 在晶片10表面涂布抗蚀剂20，该晶片10是半导体晶片如砷化镓晶片，氮 化镓晶片，硅晶片或是二氧化硅晶片等，该抗蚀剂20可以是电子束胶或光刻胶，该抗蚀剂 20的厚度为10纳米到0. 1微米之间；步骤2 采用飞秒激光直写技术，在抗蚀剂20表面形成图形30 ；步骤3 采用电子束蒸发技术，在图形30的表面蒸发金属40，使该金属40附着于 图形30的上面，同时该金属40还附着于剩余抗蚀剂20的上面；步骤4 剥离晶片10表面涂布的抗蚀剂20，并同时剥离掉抗蚀剂20上面的金属 40，得到金属-半导体接触电极。本发明基于飞秒激光加工工艺制备金属_半导体接触电极，包括欧姆接触和肖特 基接触。下面结合附图1-4，以制备肖特基电极为例对本发明作进一步详细说明步骤一如图1所示，在待制备肖特基电极的样品上面涂布抗蚀剂，根据曝光 图形的大小，可选用电子束胶(细小图形，<0.5 μ m)或者普通紫外光刻胶(较大图形， ≤ 0. 5 μ m)。步骤二 如图2所示，利用飞秒激光烧蚀抗蚀剂。调整飞秒激光器的分光光路，以得到所需波段激光，并调整激光器功率，使其可以恰好将胶烧蚀掉而又不损伤器件内部已 经做好的结构；将片子置于载片台内镜头下面，调好物镜和目镜，以便能够通过终端显示器 清晰的观察到实验过程和试验结果。该方法利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极，其 工作方式类似于电子束图形曝光(electron-beam lithography)，不需要掩模版，可直接在 半导体晶片上面描绘图形。其中飞秒激光直写图形后，被烧蚀抗蚀剂通过挥发自动离开晶 片表面，不需要经过显影、定影两个步骤，直接可进入下一步蒸发工艺。步骤三如图3所示，采用电子束蒸发工艺淀积金属。步骤四如图4所示，剥离与浮脱(lift-off)，得到所需的肖特基电极。利用飞秒 激光制备金属-半导体接触电极，其中可制作媲美电子束曝光技术的细小图形，并且产率更高。本发明的主要内容是将飞秒激光应用于制备金属-半导体接触电极。飞秒激光烧 蚀的关键优点在于其能量在材料中热扩散开始前非常短的时间内沉积在材料表面，随着激 光能量的线性或多光子吸收，材料中的电子温度可以迅速升高到几千电子伏特。随后电子 将能量传递到原子晶格，材料发生物质迁移，烧蚀和产生等离子体。由于激光脉冲宽度小于 电子将能量传递到晶格的时间(皮秒量级)，不同材料的飞秒激光烧蚀效应基本相近。以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任 何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在 本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极的方法，包括如下步骤 步骤1 在晶片表面涂布抗蚀剂；步骤2 采用飞秒激光直写技术，在抗蚀剂表面形成图形；步骤3 采用电子束蒸发技术，在图形的表面蒸发金属，使金属附着于图形的上面，同 时该金属还附着于剩余抗蚀剂的上面；步骤4 剥离晶片表面涂布的抗蚀剂，并同时剥离掉抗蚀剂上面的金属，得到金属-半 导体接触电极。
2.如权利要求1所述的利用飞秒激光制备金属_半导体接触电极的方法，其中晶片是 砷化镓晶片。
3.如权利要求1所述的利用飞秒激光制备金属_半导体接触电极的方法，其中抗蚀剂 是电子束胶或光刻胶。
4.如权利要求1所述的利用飞秒激光制备金属_半导体接触电极的方法，其中抗蚀剂 的厚度为10纳米到0.1微米。
全文摘要
一种利用飞秒激光制备金属-半导体接触电极的方法，包括如下步骤步骤1在晶片表面涂布抗蚀剂；步骤2采用飞秒激光直写技术，在抗蚀剂表面形成图形；步骤3采用电子束蒸发技术，在图形的表面蒸发金属，使金属附着于图形的上面，同时该金属还附着于剩余抗蚀剂的上面；步骤4剥离晶片表面涂布的抗蚀剂，并同时剥离掉抗蚀剂上面的金属，得到金属-半导体接触电极。
文档编号H01L21/28GK102005378SQ20101028356
公开日2011年4月6日 申请日期2010年9月15日 优先权日2010年9月15日
发明者徐晓娜, 李越强, 杨富华, 王晓东 申请人:中国科学院半导体研究所