一种亚微米多层金属电极的制作方法

摘要

一种亚微米多层金属电极的制作方法，包括下列步骤：(1)采用蒸发或者溅射工艺形成Ti-W-Ti-Au四层金属电镀子层；(2)光刻出电极图形，然后电镀Au金属层，电镀完毕后去胶；(3)采用三步刻蚀Ti-W-Ti-Au四层金属电镀子层，第一步采用以惰性气体为主的离子束工艺将电镀子层最上面的Au层刻蚀掉，第二步以F基气体或者Cl基气体为主的等离子体工艺将Ti-W-Ti层大部分金属层刻蚀掉，第三步以CF

说明书

技术领域

本发明涉及一种多层金属电极制作方法，特别是采用以金为主体的多晶硅 发射极电极制作方法。

背景技术

以金为主体的多层电极可靠性高，高频特性好，常用于高频功率管的电极。 多层电极制作工艺主要包括金层及其过渡层的溅射、电镀及刻蚀工艺。常规的 多层电极采用Ti-Au或者W-Au结构，作为粘接层，Ti或W的厚度不超过分别采用离子束和等离子工艺实现电极间断开刻蚀。采用这种常规多层电极， 由于金与硅很容易形成合金，在芯片后端封装过程中，因芯片焊接温度高，很 容易发生融金现象，最终导致器件性能失效。另外，在刻蚀过程中对电极下的 多晶硅层或硅层钻蚀比较大，产生的刻蚀损伤对器件性能影响很大，特别是对 功率管的增益影响甚大，I-V曲线分布不均匀，电流放大倍数减小，最终影响 产品的合格率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种亚微米多层金属电极的制作方法， 能够使得电极耐高温焊接，并能够减少刻蚀过程对器件的损伤。

本发明包括如下技术方案：

一种亚微米多层金属电极的制作方法，包括下列步骤：

(1)采用蒸发或者溅射工艺形成Ti-W-Ti-Au四层金属电镀子层；

(2)光刻出电极图形，然后电镀Au金属层，电镀完毕后去胶；

(3)采用三步刻蚀Ti-W-Ti-Au四层金属电镀子层，第一步采用以惰性气 体为主的离子束工艺将电镀子层最上面的Au层刻蚀掉，第二步以F基气体或者 Cl基气体为主的等离子体工艺将Ti-W-Ti层大部分金属层刻蚀掉，第三步以CF₄气体为主要刻蚀气体，采用等离子工艺进行过刻蚀，将残留的金属残渣刻蚀干 净；

(4)刻蚀后的电极再进行无氧气氛中退火，以修复电极刻蚀损伤。

所述步骤(1)中W层厚度大于等于

所述步骤(2)中电镀的Au金属层的厚度为0.5um-2um。

所述步骤(3)中第一步中的惰性气体为Ar。

所述步骤(3)中，所述F基气体为SF₆或CF₄，所述Cl基气体为Cl₂或BCl₃。

所述步骤(3)中，第二步用SF₆和CF₄混合气体进行刻蚀。

所述步骤(4)中无氧气氛为N₂，退火温度为0-500℃，退火时间为0.5-2 小时。

所述多层金属电极是多晶硅发射极的电极。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)在本发明中，采用独特的Ti-W-Ti-Au四层金属结构，使得电极耐高 温焊接；

(2)电极制作过程中，采用独特的三步刻蚀工艺，并在过刻蚀阶段，采用 无SF₆的F基刻蚀气体减少了对器件的过刻蚀，刻蚀后低温退火工艺使得刻蚀 损伤得以修复，消除了刻蚀损伤对器件性能的影响，大大提高了这种电极的可 靠性和器件性能的稳定性。

(3)该工艺简单，重复性好，可广泛应用于亚微米工艺高频功率器件的多 层金属电极制造。

附图说明

图1本发明的亚微米多层金属电极制作方法示意图；

图2本发明最终的多层金属电极示意图；

图3-a电极刻蚀损伤的器件I-V特性曲线；

图3-b电极刻蚀损伤修复后的器件I-V特性曲线。

图中，1-硅衬底，2-硅外延层，3-SiO₂介质层，4-多晶硅发射极，5-基极 引线孔，6，8-Ti金属层，7-W金属层，9-溅射Au金属层，10-电镀Au金属层

具体实施方式

(1)如图1-a所示，待做电极的硅片包括硅衬底1，硅外延层2，多晶硅发 射极4、基极引线孔5；以及用于隔离多晶硅发射极4和基极引线孔5的SiO₂介质层3。将待做电极的硅片放入溅射设备中，在硅片上依次溅射第一Ti金属 层6、W金属层7、第二Ti金属层8、Au金属层9，如图1-b所示形成Ti-W-Ti-Au 四层金属电镀子层。其中Ti金属层厚度为第一Ti金属层6厚度优 选为第二Ti金属层8厚度优选为第一Ti金属层6 厚度比第二Ti金属层8厚度要厚，因为前者是金属与硅之间的粘接层，而后者 是金属之间的粘接层。W金属层7厚度大于等于优选为或 此厚度可阻止Au在400℃下向硅里扩散，但是为了后序的电极间断刻 蚀更加容易，W金属层7厚度不要太厚，满足要求即可。溅射Au金属层9的厚 度为或这一层只是形成一层电镀Au子层，不必要太厚，否则在 后序的工艺中，离子束工艺时间太长，且浪费资源。

(2)光刻出电极图形，然后电镀Au金属层10，电镀完毕后去胶，如图1-c 所示。其中电镀Au金属层10的厚度为0.5um-2um，此厚度由器件的最大工作 电流决定；对于常用的功率器件，电镀Au金属层10的厚度优选为1.2-1.5um。

(3)采用Ar气离子束刻蚀整个金属电镀子层，将电镀子层的Au金属层9 刻蚀干净，如图1-d所示。

(4)采用分两步等离子刻蚀工艺刻蚀金属电镀子层剩下的Ti-W-Ti层，首 先通入SF₆和CF₄混合气体，这一阶段，由于W金属层7厚度较厚，而SF₆刻蚀 W很容易，通入CF₄可以刻蚀薄Ti金属层8，同时可阻止SF₆对W金属层7的侧 钻，保持电极的完整性。刻蚀时间为1mins-2mins，即可将Ti-W-Ti层大部分 金属层刻蚀尽，如图1-e所示。然后在过刻蚀阶段，将刻蚀气体中更换成N₂和 CF₄混合气体，CF₄可以刻蚀Ti金属层6，而且不会对多晶发射极产生过多的刻 蚀。保持其他条件不变，再刻蚀3mins-4mins，即可将Ti金属层6的残渣彻底 刻蚀干净，如图1-f所示。

(5)将刻蚀后的硅片送入退火炉中进行低温退火，退火气氛为无氧气氛， 如N2，从而使电极刻蚀损伤得以修复。退火温度为0-500℃，优选为300℃， 400℃，这个温度既可以达到修复刻蚀损伤，又不会使器件中杂质发生再分布。 退火时间为0.5-2小时，优选为1小时，时间太短，刻蚀损伤修复不彻底，时 间太长，电极会发生迁移，最终会影响电性能。

通过以上工艺过程，最终形成亚微米多层金属电极，如图2所示。

以上所述，仅为本发明最佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局 限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

本发明采用独特的Ti-W-Ti-Au四层金属结构，其中Ti为粘接层，增强金 属层与硅层之间的欧姆接触；W为阻挡层，阻止Au向硅衬底扩散，其较厚的厚 度防止了Au向硅衬底扩散，保证了Au电极能够承受400℃的后端 芯片焊接温度而不会发生融金现象。

本发明采用三步刻蚀电镀子层Ti-W-Ti-Au金属层，在过刻蚀阶段中，由 于SF₆刻蚀多晶硅刻蚀速率远大于金属刻蚀速率(约)， 因此采用无SF₆的F基气体如CF₄等离子工艺刻蚀剩余金属残渣，既保证了不 同电极间的金属断开，又不会对多晶硅发射极产生过多的钻蚀。

在电极刻蚀完成后，由于存在刻蚀损伤，晶体管基区电阻较大，缺陷多， 电流复合严重，因此小电流下的放大倍数小，并且在不同基极电流下，发射极 得到的放大电流不同，使得整个的I-V曲线倾斜并分布不均匀，如图3-a所示。 电极在低温下退火，修复了电极刻蚀损伤，电极中的缺陷得以修复，复合小， 电流放大倍数恢复变大，器件的I-V曲线变得陡直，分布较为均匀一致，图3-b 所示，从而大大提高了产品的性能可靠性。

本发明解决了金属电极耐高温焊接问题和干法刻蚀电极对多晶硅损伤问 题，大大提高了金电极的可靠性和器件性能的稳定性，可广泛应用于亚微米工 艺高频功率器件的电极制造。 本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域专业技术人员的公知技术。