一种HBT器件的金属连线方法与流程

一种hbt器件的金属连线方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种hbt器件的金属连线方法。


背景技术：

2.ⅲⅴ
族化合物半导体异质结双极晶体管(hbt)作为第三代半导体材料及器件，其设计原理是利用半导体禁带宽度的变化及其作用与电子和空穴上的电场力来控制载流子的分布和流动，具有功率密度高、相位噪声低、线性度好等特点，因此广泛应用在微波振荡器、低噪声放大器、功率放大器、信号混合器、分频器等领域。
3.hbt包括禁带宽度不同的材料制成的发射区、基区和集电区，不同禁带宽度的半导体材料之间形成异质结，在电子电流由发射区经过基区向集电区注入的过程中，基区表面存在大量的界面态，当电流停留在基区表面时，电子与空穴发生复合，形成复合电流。复合电流是影响电流增益的主要电流分量，因此通过选取合适的材料结构参数，可以有效减少复合电流并提高电流增益。hbt的制作方法主要是外延工艺。对于hbt中发射极平台emitter mesa(em)和基极台阶bp pedestal(bp)的制程，大多使用化学腐蚀。但是由于化学腐蚀对于晶向有选择性，所以器件的设计将受到金属联线方向性的局限，并且化学腐蚀，侧向腐蚀过多，不易控制制程的稳定性，进而也影响了器件的电学性能及其稳定性，以及器件的可靠性。
4.尤其，在湿法腐蚀工艺制造基极台阶时，由于化学药剂的各向同性的特性会导致在其中一个方向上存在内凹的现象，导致连线金属在该方向进行走线时容易产生裂纹或断裂，因此导致hbt器件在设计时只能在另一个方向上进行放置，使得产品设计的自由度降低。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种hbt器件的金属连线方法。
6.为了实现以上目的，本发明的技术方案为：
7.一种hbt器件的金属连线方法，包括以下步骤：
8.1)提供或形成已完成部分器件制程的晶圆结构，所述晶圆结构包括基极外延、发射极平台和基极金属，所述发射极平台和所述基极金属设于所述基极外延上；
9.2)提供第一光罩，第一光罩图形包括与预设基极台阶图形匹配的预设部分以及由所述预设部分向连线方向延伸形成的连线部分；
10.3)于所述晶圆结构表面形成第一光阻层，采用所述第一光罩曝光、显影后形成与所述第一光罩图形对应的遮蔽层，对所述基极外延进行湿法刻蚀以形成基极台阶；
11.4)提供第二光罩，第二光罩图形包括覆盖所述连线部分对应的基极台阶的第一连线部分以及由所述第一连线部分向引出方向延伸形成的第二连线部分；
12.5)于所述晶圆结构表面形成第二光阻层，采用所述第二光罩曝光、显影后形成与所述第二光罩图形对应的显开窗口，在所述显开窗口上进行金属蒸发以形成与所述基极台
阶连接的连线金属层。
13.在可选的实施例中，所述连线金属层覆盖在所述连线部分对应形成的基极台阶上。
14.在可选的实施例中，所述连线部分的最小尺寸为长度2.0μm、宽度2.0μm。
15.在可选的实施例中，所述连线部分对应形成的基极台阶的边缘超出所述第一连线部分对应形成的所述连线金属层的边缘至少0.3μm。
16.在可选的实施例中，所述发射极平台包括第一发射极平台和第二发射极平台，所述第一发射极平台与所述第二发射极平台垂直排列，所述第二发射极平台位于所述基极台阶的中部，所述基极金属设于所述第二发射极平台的两侧。
17.在可选的实施例中，所述连线金属层在所述基极台阶上延伸并覆盖在所述第一发射极平台的部分区域上方。
18.在可选的实施例中，步骤3在进行湿法刻蚀后还包括剥离所述遮蔽层的步骤。
19.在可选的实施例中，步骤5在进行金属蒸发后还包括剥离剩余所述第二光阻层及其之上的金属层的步骤。
20.在可选的实施例中，所述金属蒸发包括电子束蒸发、溅射或电镀。
21.在可选的实施例中，所述基极外延为gaas。
22.本发明的有益效果为：
23.(1)避免基极台阶在采用湿法蚀刻后，由于基极台阶侧面存在内凹的现象，若器件放置没有按照规定的方向进行放置，连线金属层容易产生裂纹甚至断裂。
24.(2)本发明使得hbt器件在制程过程中不需要规定放置的方向，可以任意摆放，提高设计的灵活度。
25.(3)只改变光罩的形状和设计，不需要对整体的工艺流程进行改变，因此降低由工艺流程改变带来的复杂度和成本。
附图说明
26.图1a为本发明的晶圆结构放置的方向示意图；
27.图1b为本发明的其中一个实施例中的hbt器件的俯视图；
28.图2为本发明的其中一个实施例中所形成的基极台阶的结构示意图(俯视)；
29.图3a为本发明的其中一个实施例中所形成的基极台阶和连线金属层的结构示意图；
30.图3b和3c分别为本发明的其中一个实施例中所形成的基极台阶和连线金属层的沿x方向和y方向的剖面图；
31.图4a为本发明的对比例中所形成的基极台阶和连线金属层的结构示意图；
32.图4b和4c分别为本发明的对比例中所形成的基极台阶和连线金属层的沿x方向和y方向的剖面图。
具体实施方式
33.以下结合附图和具体实施例对本发明做进一步解释。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件
的上下关系以及正面/背面的定义，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
34.实施例
35.参考图1a-1b以及图3a-3c，本技术的实施例提出的一种hbt器件的金属连线方法，首先提供或形成已完成部分器件制程的晶圆结构。所述晶圆结构通过常规的mbe外延或mocvd法依次形成基极外延1、发射极平台2和基极金属3，所述发射极平台2和所述基极金属3设于所述基极外延1上。所述发射极平台2包括第一发射极平台21和第二发射极平台22，第一发射极平台21垂直于第二发射极平台22排列。在优选的实施例中，所述第二发射极平台22垂直于所述第一发射极平台21的中部，使所述第一发射极平21与所述第二发射极平台22呈t型排列，所述基极金属3设于所述第二发射极平台22的两侧。此外，发射极平台2上还设有集电极层、介质层等常规的hbt结构。在其中一种实施例中，所述hbt器件为gaas hbt，基极外延1包括层叠的n型集电极层和p型基极层，所述发射极平台2和基极金属3设于p型基极层上。所述基极外延1为gaas，其n型集电极层为n型gaas，p型基极层为p型gaas，p型基极层与发射极平台2之间还可有蚀刻停止层(例如ingap)等常规设置。
36.在本技术的实施例中，如图1a所示，定义hbt器件的剖切方向分为x方向(0,1,1)和与x方向垂直的y方向(0,1,-1)。如图1b所示，以所述晶圆结构沿y方向放置作为示例，当所述晶圆结构以沿y方向放置，也就是说基极金属3和第二发射极平台22的长度方向是沿y方向，基极外延1通过湿法蚀刻形成基极台阶11，此时基极台阶11在x方向上剖切形成的截面形状为梯形，其在y方向上剖切形成的截面形状存在内凹的现象。
37.在本技术的实施例中，该hbt器件的制程过程中，在完成发射极平台2腐蚀、基极金属3沉积等制程之后，需要进行基极台阶制程。首先进行基极台阶图形的设计，然后根据基极台阶图形设计第一光罩。如图2所示为采用第一光罩完成基极台阶制程后制作得到的基极台阶11的形状。第一光罩图形包括与预设基极台阶图形匹配的预设部分以及由所述预设部分向连线方向延伸形成的连线部分，其中连线方向为与连线金属层4延伸连接的方向。在优选的实施例中，连线方向为y方向相反的方向，连线方向也可以根据需求选择其他不同的方向。所述第一光罩图形中的所述连线部分位于所述预设部分的沿x方向的边缘的中部位置。预设部分所对应形成的基极台阶11部分的上方存在发射极平台2和基极金属3，连线部分所对应形成的基极台阶11部分用于与连线金属层4连接。在优选的实施例中，基极台阶11形成后，第二发射极平台22位于基极台阶11的中部，基极金属3位于第二发射极平台22的两侧。
38.在具体的实施例中，于所述晶圆结构表面形成第一光阻层，采用所述第一光罩曝光、显影后形成与所述第一光罩图形对应的遮蔽层，然后对所述基极外延1进行湿法刻蚀并剥离所述遮蔽层以形成基极台阶11。蚀刻液为体积比h3po4:h2o2:h2o＝1:1:10。通过改变形成基极台阶11所对应的第一光罩，改变基极台阶11的形状，在预设的基极台阶11上形成将连线金属层4引出的平台，使得连线金属层4满足走线的要求，避免连线金属层4发生裂纹或断裂。不仅基极台阶11的形状设计发生改变，连线金属层4的形状设计也发生改变。
39.进一步地，再进行连线金属层图形的设计，然后根据连线金属层图形设计第二光罩。第二光罩图形包括覆盖所述连线部分对应的基极台阶11的第一连线部分以及由所述第一连线部分向引出方向延伸形成的第二连线部分，其中引出方向为连线金属层向另外一个
器件单元引出连接的方向。在优选的实施例中，第二光罩图形中的第一连线部分和第一光罩图形中的连线部分的形状优选为矩形，此时尺寸范围表示长度和宽度，根据需求在其他设计中也可以选择其他形状。在进一步优选的实施例中，连线部分的最小尺寸为长度2.0μm、宽度2.0μm。连线部分的尺寸越大，制程越容易实现，连线部分的大小与连线金属层4的大小有关，若连线金属层4的尺寸小于1.4μm，则容易产生断线等问题，具体地，连线部分的尺寸可以为长度2.6μm、宽度2.6μm。
40.最后，于所述晶圆结构表面形成第二光阻层，采用所述第二光罩曝光、显影后形成与所述第二光罩图形对应的显开窗口，在所述显开窗口上进行金属蒸发，并剥离余下的所述第二光阻层及其之上的金属层以形成与所述基极台阶11连接的连线金属层4。如图3a所示，此时连线金属层4覆盖在与连线部分对应形成的基极台阶11上方，并且覆盖在所述第一发射极平台21的部分区域上方。在优选的实施例中，在所述连线金属层4与所述基极台阶11连接的部分，所述基极台阶11的边缘超出所述连线金属层4的边缘至少0.3μm。若基极台阶11的边缘与超出所述连线金属层4小于0.3μm时，连线金属层4可能会突出基极台阶11，产生金属碎屑导致漏电情况。在具体的实施例中，金属蒸发包括电子束蒸发、溅射或电镀。
41.如图3b和3c所示，当沿x方向进行剖切时，基极外延1通过湿法蚀刻形成基极台阶11，此时基极台阶11的侧面的截面形状为梯形，连线金属层4形成在基极台阶11的上方并沿基极台阶11的侧面延伸，此时连线金属层4不会产生裂纹或断裂。当沿y方向进行剖切时，基极外延1通过湿法蚀刻形成基极台阶11，此时基极台阶11的侧面的截面形状为存在内凹的多边形，由于存在与连线部分对应的基极台阶11部分，因此连线金属层4只形成在基极台阶11的上方，在基极台阶11的侧边并不存在连线金属层4，由此可以避免连线金属层4发生裂纹或断裂。
42.对比例
43.参考图4a-4c，对比例与实施例的区别在于：基极台阶11’所采用的第一光罩仅存在预设部分不存在连线部分，连线金属层4’沿y方向延伸并覆盖基极台阶11’上方与基极台阶11’连接。如图4a所示，此时hbt器件的放置方向同样也是y方向。该hbt器件的基极台阶11’对应的第一光罩和连线金属层4’对应的第二光罩均为矩形。其余参考实施例一。
44.在此情况下，如图4b和4c所示，在x方向上的基极台阶11’的侧边同样为连续斜坡，此时连线金属层4’可以在基极台阶11’上进行走线，而在y方向上基极台阶11’的侧壁存在内凹现象，内凹的侧壁在基极台阶11’的侧边顶部会形成尖端，此时连线金属层4’不能在基极台阶11’上进行走线，若走线的话容易在基极台阶11’的侧边顶部位置产生裂纹甚至断裂。
45.由此可见，本技术的实施例与对比例的区别仅在于基极台阶和连线金属层的形状设计，导致在基极台阶边缘上方覆盖的连线金属层的结构和覆盖范围发生改变。即使在湿法蚀刻后的基极台阶仍然存在内凹的现象，但是由于基极台阶边缘上方连线金属层并不会覆盖在基极台阶存在内凹的侧壁上，因此就可以避免连线金属层产生裂纹或者断裂。
46.本发明通过改变基极台阶和连线金属层的光罩的设计方式，不仅可以避免湿法蚀刻导致的内凹现象对连线金属层走线时造成裂纹或断裂，还可以使hbt器件在制程过程中不需要规定放置的方向，可以任意摆放，提高设计的灵活度。本发明在不改变制程条件的情形下，只改变基极台阶对应的第一光罩以及连线金属层对应的第二光罩的设计，就可以解
决连线金属层易产生裂纹或断裂的问题，同时还可以降低由工艺流程改变带来的复杂度和成本。
47.上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种hbt器件的金属连线方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。