DE69729346T2

DE69729346T2 - Verfahren zur Herstellung eines Heterobipolartransistors mittels zweischichtiger Photolacks

Info

Publication number: DE69729346T2
Application number: DE69729346T
Authority: DE
Inventors: Aaron Kenji Oki; Donald Katsu Umemoto; Liem T. Tran; Dwight Christopher Streit
Original assignee: Northrop Grumman Corp
Current assignee: Northrop Grumman Corp
Priority date: 1996-05-13
Filing date: 1997-03-27
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JP3020890B2; JPH1050722A; KR100264502B1; US5892248A; US5736417A; EP0810645A2; KR970077613A; EP0810645A3; EP0810645B1; DE69729346D1

Description

1. Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Heterobipolartransistor (HBT) und ein Verfahren zur Herstellung eines HBT, und genauer gesagt auf einen HBT mit selbstausgerichteten Basismetallkontakten unter Verwendung eines Doppelfotolacks, das weniger Prozessschritte als bekannte Verfahren erfordert, während die Schädigung des aktiven Emitterkontaktbereichs minimiert wird.
2. Beschreibung des Stands der Technik
Verfahren zur Herstellung von Heterobipolartransistoren (HBTs) sind im Stand der Technik bekannt. Beispiele derartiger Verfahren sind in den US-Patenten 5,298,439 und 5,344,786, die hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt aufgenommen werden, offenbart. Eine wichtige Überlegung bei der Herstellung von HBTs ist das Verfahren zur Ausbildung des Abstands zwischen den Basismetallkontakten und der Emittermesa unter Verwendung eines wenig aufwändigen, reproduzierbaren Verfahrens.
Das '786-Patent offenbart die Verwendung eines dielektrischen Materials, dass mittels chemischer Dampfabscheidung auf einer Emitterschicht ausgebildet wird. Ein Fotolack wird auf die dielektrische Schicht aufgeschleudert. Mittels reaktiven Ionenätzens wird eine dielektrische Emitterinsel ausgebildet. Ein weiteres Dielektrikum wird über der dielektrischen Emitterinsel abgeschieden, wodurch schützende Seitenwände und eine dielektrische Schicht auf der flachen Oberfläche des Halbleiters ausgebildet werden. Die auf der dielektrischen Emitterinsel ausgebildeten Seitenwände bilden einen Überhang bezüglich der Emittermesa und dienen daher dazu, die besten Basismetallkontakte auf der Basisschicht beabstandet von der Emittermesa zu platzieren. Die dielektrische Schicht auf der flachen Oberfläche des Halbleiters wird durch anisotropes Ätzen entfernt. Um die Basismetallkontakte zu platzieren wird ein Fotolack verwendet. Ein Basismetall wird darauf aufgedampft. Das Dielektrikum fungiert auch als eine Maske für die Basismetallkontakte. Das Entfernen des Fotolacks bewirkt einen Lift-Off des Basismetalls mit Ausnahme des maskierten Abschnitts, um die Basismetallkontakte auszubilden.
Das '439-Patent offenbart die Verwendung eines Emittermetalls, das mittels Fotolithografie auf einem Abschnitt der Emitterkontaktschicht strukturiert wurde. Das Emittermetall wird als eine Maske zum Ätzen der Emitterkontaktschicht in einem darunterliegenden Bereich der Emitterschicht verwendet, um eine Emittermesa auszubilden. Ein Fotolack wird über die Emittermesa aufgeschleudert, um ein Freiliegen des verbleibenden Abschnitts des Emitters zu ermöglichen. Zum Freiliegen der Basisschicht wird Ätzen verwendet, um das Ausbilden der Basismetallkontakte zu ermöglichen.
Sowohl in dem '439- als auch in dem '786-Patent wird ein Dielektrikum oder ein ohmsches Metall als eine Maske für die Emittermesa verwendet. Leider erfordern beide Techniken einen zusätzlichen Verfahrensschutz für das Ätzen des Dielektrikums oder der Metallmaske, nachdem die Mesa ausgebildet ist. Außerdem legt das Ätzen des Isolators oder des Basismetalls einen aktiven Emitterkontaktbereich bezüglich eines Ätzprozesses frei, was zu Schädigungen führen kann.
Die US 4,889,831 offenbart ein Verfahren zum Ausbilden eines bei hohen Temperaturen stabilen ohmschen Kontaktes auf einem III–V Substrat. Das Verfahren umfasst das Strukturieren einer Doppelschichtstruktur, die eine Siliziumdioxidschicht und eine Lackschicht in Bereichen umfasst, wo eine Emitterelektrode und eine Basiselektrode ausgebildet werden sollen. Nach dem Strukturieren der Doppelschichtstruktur wird ein Basiselektrodenmaterial abgeschieden und anschließend wird ein Lift-Off durchgeführt, damit die Basiselektrode zurückbleibt.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verschiedene Probleme des Stands der Technik zu lösen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines Halbleiters anzugeben, das weniger Verfahrensschritte umfasst.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Halbleiter herzustellen ohne einen aktiven Emitterbereich des Halbleiters unnötigerweise einem Ätzverfahren auszusetzen.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Ausbilden eines Heterobipolartransistors (HBT) mit selbstausgerichteten Basismetallkontakten anzugeben.
Kurz gesagt bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines HBT mit selbstausgerichteten Basismetallkontakten unter Verwendung eines zweischichtigen Fotolacks, das weniger Prozessschritte als herkömmliche Verfahren benötigt, während eine Beschädigung des aktiven Emitterkontaktbereichs minimiert wird. Ein Fotolack wird verwendet, um die Emittermesa auszubilden. Der Emittermesa-Fotolack verbleibt auf dem Wafer, und eine doppelschichtige Fotolackkombination aus Polymethylmethacrylat (PMMA) und Fotolack wird dann auf den Halbleiter aufgeschleudert. Die Doppelfotolack-Kombination wird mit einer nicht-kritischen seitlichen Ausrichtung strukturiert, was eine selektive Abscheidung und einen selektiven Lift-Off des ohmschen Basismetalls gestattet. Der Abstand zwischen dem Metall und der Mesa wird von dem vorhergehenden Fotolackniveau, das auf dem Wafer verbleibt (selbstausgerichtet), gebildet, wodurch das ohmsche Metall-Fotolackniveau eine nicht-kritischen Ausrichtung wird. Indem das ohmsche Metall selbstausrichtend gemacht wird, wird der Abstand zwischen dem ohmschen Basismetall und der Emittermesa äußert wiederholbar und reproduzierbar. Durch Verwenden des Doppelfotolacks im Gegensatz zu einem Metall oder einem Dielektrikum zur Maskierung werden ein zusätzlicher Fotolithografieschritt und Ätzschritt eliminiert. Durch das Eliminieren des Erfordernisses eines zusätzlichen Ätzschrittes wird verhindert, dass aktive Bereiche des Hableiters dem Ätzschritt ausgesetzt und möglicherweise beschädigt werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung werden unmittelbar verständlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen, wobei:
1 eine Rissansicht des Verfahrens zur Herstellung eines Heterobipolartransistors (HBT) ist, nachdem die Substrat-, Kollektor-, Kollektorkontakt-, Basis- und Emitterschicht ausgebildet wurden, welche einen Fotolack und eine Fotomaske, die auf der Emitterschicht ausgebildet sind, um eine Emittermesa zu definieren, veranschaulicht;
2 ist ähnlich zu 1 und veranschaulicht den Halbleiter nach dem Ätzen der Emittermesa;
3 veranschaulicht den Schritt des Applizierens eines PMMA-Fotolacks auf dem wie in 2 ausgebildeten Halbleiters;
4 ist ähnlich zu 3 und veranschaulicht den Schritt des Hinzufügens einer Fotolackbeschichtung auf dem PMMA-Fotolack vor der Entwicklung;
5 ist ähnlich zu 4 und illustriert den Schritt des Verwendens einer Fotomaske, um die Basismetallkontakte zu definieren;
6 ist ähnlich zu 5 aber veranschaulicht das Entwickeln der oberen Schicht des Fotolacks;
7 ist ähnlich zu 6 und zeigt das Entwickeln des PMMA der Doppelschicht aus Fotolack und PMMA und des Fotolacks auf der Emittermesa von dem vorhergehenden Fotolackniveau, welches die Emittermesa definiert sowie für den Abstand zwischen dem ohmschen Basismetall und der Emittermesa oder die Selbstausrichtung sorgt;
8 ist ähnlich zu 7 und veranschaulicht die Metallisierung der ohmschen Kontakte;
9 ist ähnlich zu 8 und veranschaulicht den Lift-Off der ohmschen Metallisierung;
10 ist ähnlich zu 7 aber übertrieben, um die Auswirkung der Verringerung der Feinbearbeitungszeit für den Fotolack zu veranschaulichen;
11 ist ähnlich zu 9 und zeigt die Auswirkung des Verwendens einer längeren Feinbearbeitungszeit für den Fotolack auf den Abstand zwischen den Basismetallkontakten und der Emittermesa; und
12 ist ähnlich zu 11 und veranschaulicht die Auswirkung des Verringerns der Feinbearbeitungszeit auf den Abstand zwischen den Basismetallkontakten und der Emittermesa.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Prozess zur Herstellung eines HBT, der eine Selbstausrichtung des Basismetallkontakts bezüglich der Emittermesa verwendet, ohne die Verwendung eines Dielektrikums oder einer Metallmaske, die einen zusätzlichen Fotolithografie-Schritt und einen zusätzlichen Ätzschritt erfordern, vorauszusetzen. Durch Eliminieren des zusätzlichen Fotolithografie-Schritts wird die Zykluszeit für die Herstellung derartiger HBTs daher drastisch verringert, wodurch der Preis für das Bauteil und die Kosten des Bauteils verringert und die Ausbeute auf grund weniger Handhabungsschritte und weniger Möglichkeiten für ein Zerbrechen des Wafers erhöht werden. Zusätzlich verhindert das Eliminieren des Ätzschrittes ein Freilegen aktiver Bereiche des Halbleiters bezüglich eines ein Schädigungspotenzial beinhaltenden Ätzschrittes.
1 bis 9 veranschaulichen ein Verfahren der Verwendung der Selbstausrichtung von Basismetallkontakten. Bezug nehmend auf 1 wird der Halbleiter mit einem vertikal integrierten Profil einschließlich eines GaAs-Substrats 20, einer n⁺-Kollektorkontaktschicht 22, einem n^–-Kollektor 24, einer p⁺-Basis 26 und einer Emitterschicht 28 ausgebildet. Jede der epitaktischen Schichten kann mittels herkömmlicher Verfahren ausgebildet werden, wie der Molekularstrahlepitaxie (molecular beam epitaxy, MBE) oder der metallorganischen chemischen Dampfabscheidung (metal organic chemical vapor deposition, MOCVD), die alle dem Fachmann geläufig und in den hiermit durch Bezugnahme in den Offenbarungsgehalt aufgenommenen US-Patenten 5,298,439 und 5,344,786 offenbart sind. Repräsentative Dicken einer jeden der epitaktischen Schichten (20, 22, 24, 26 und 28) sind in der unten stehenden Tabelle 1 angegeben.
TABELLE 1
Bezug nehmend auf 1 wird ein Fotolack 30 auf den gesamten Wafer oder die Emitterschicht 28 aufgeschleudert. Eine Fotomaske 32 wird vorgesehen, wo der Fotolack nach dem Entwickeln auf der Emitterschicht 28 verbleiben wird, was eine Emittermesa und weiterhin Zugang zu der p⁺-Basisschicht 26 definieren wird. Die Fotolackschicht ist dimensioniert, um für ein vorbestimmtes Ausmaß eines Überhangs bezüglich einer Emittermesa zur sorgen, was wiederum den Abstand des ohmschen Basismetalles zu der Emittermesa festlegen wird. Nach Belichtung und Entwicklung des Fotolacks 30 kann eine Emittermesa 34 (2) mittels verschiedener Ätzverfahren wie beispielsweise isotropem nasschemischen Ätzen oder trockenem anisotropen Ätzen, wie allgemein in 2 gezeigt, ausgebildet werden. Der zum Definieren der Emittermesa 34 verwendete Fotolack 30 sowie der Basiskontaktzugang verbleiben an Ort und Stelle.
Wie in 3 gezeigt werden ungefähr 17.000 Å eines Polymethylmethacrylat-(PMMA-) Fotolacks 36 auf den oberen Schichten des Halbleiters aufgebracht. Eine zusätzliche Fotolackschicht 38 wird wie allgemein in 4 veranschaulicht auf den PMMA-Fotolack 36 aufgebracht. Wie in den 3 und 4 gezeigt verbleibt die Fotolackschicht 30 an Ort und Stelle. Wie in 5 gezeigt strukturiert eine Fotomaske 40 den Fotolack (nicht den PMMA), um die Basismetallkontakte für nicht-kritische seitliche Ausrichtung zu definieren. Das Belichten und Entwickeln der Fotolackschicht 38 unter Verwendung der Fotomaske 40 entfernt einen Bereich der oberen Schicht des Fotolacks 38 wie allgemein in 6 gezeigt, wobei ein freigelegter Bereich des PMMA-Fotolacks 36 zurückbleibt. Der PMMA-Fotolack 36 wird dann entwickelt und feinbearbeitet (descumming), wie allgemein in 7 gezeigt. Der Feinbearbeitungs- (oder Descum-) Prozess besteht darin, den Wafer in einem Sauerstoffplasma zu platzieren, um eine Oxidation des Fotolacks und des PMMA zu bewirken. Die Zeitdauer wird durch die Ätzrate bestimmt, die erforderlich ist, um einen Abstand des p-ohmschen Metalls von der Emittermesa von 0,2 μm ± 0,05 μm zu bewirken. Nach der Entwicklung des PMMA-Fotolacks 36 sind der Fotolack 30 sowie die Emittermesa 34 freigelegt. Zusätzlich sind Bereiche der epitaktischen p⁺-Basisschicht 26, wie allgemein in 7 gezeigt, ebenfalls freigelegt.
Eine Fotolackschicht 30 bildet einen Überhang bezüglich der Emittermesa 34, um beispielsweise für einen Abstand von 0,2 m ± 0,05 μm der Kante der Emittermesa 34 in Bezug auf das p-ohmsche Metall 42 und 44 zu sorgen. Die Anordnung des Fotolacks 30 sowie des PMMA-Fotolacks 36 nach der Entwicklung sorgen für ein Selbstausrichten der Basismetallkontakte, die von der Emittermesa 34 beispielsweise einen Abstand von 0,2 m ± 0,05 μm aufweisen. Ein p-ohmsches Metall 41 kann auf der Struktur mittels beispielsweise Elektronenstrahlverdampfens abgeschieden werden. Wie in 9 gezeigt wird der Fotolack 30 entfernt, was wiederum die ohmsche Metallisierung auf dem Fotolack 30 sowie die Doppelschicht aus Fotolack und PMMA 36 und 38 abhebt (Lift-Off), so dass die ohmschen Basiskontakte 42 und 44 wie allgemein in 9 gezeigt zurückbleiben.
Wie allgemein in den 10 bis 12 gezeigt kann der Abstand zwischen den Basismetallkontakten 42 und 44 und der Emittermesa durch die Zeitdauer, welche die Fotolackschicht 30 feinbearbeitet wird, eingestellt werden. Wie allgemein in 10 gezeigt, wird die PMMA-Fotolackschicht 36 im Bereich der Emittermesa wie allgemein in 10 gezeigt entfernt. Wie in den 11 und 12 gezeigt kontrolliert die Länge des Feinbearbeitens das Ausmaß des Überhangs des Fotolacks 30 bezüglich der Emittermesa 34. Wie in 11 gezeigt verringert eine längere Feinreinigungszeit das Ausmaß des Überhangs des Fotolacks 30 bezüglich der Emittermesa 34, wodurch bewirkt wird, dass die Basismetallkontakte 42 und 44 relativ nah bezüglich der Emittermesa 44 angeordnet sind. Durch Verringern der Feinbearbeitungszeit wird weniger von dem Fotolack 30 abgeätzt, was zu einem vergleichsweiße längeren Überhang des Fotolacks 30 bezüglich der Emittermesa 34 führt. Der vergrößerte Überhang des Fotolacks 30 sorgt für einen größeren Abstand zwischen den Basismetallkontakten 42 und 44 und der Emittermesa. Die Feinbearbeitungszeit wird durch die Ätzrate bestimmt. Es wird die Feinbearbeitungszeit gewählt, die zu einem Abstand zwischen dem p-ohmschen Metall 42 und 44 und der Emittermesa 34 von 0,2 μm ± 0,05 μm führt.
Es ist offensichtlich, dass viele Abänderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehren möglich sind. Es ist daher zu beachten, dass innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche die Erfindung auf andere Art und Weise als oben im Besonderen erläutert ausgeführt werden kann.
Was beansprucht ist, und für was Patentschutz in den Vereinigten Staaten nachgesucht wird, ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Heterobipolartransistors mit einem vorbestimmten Abstand zwischen einem Basiskontakt und einer Emittermesa, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: a) Bereitstellen einer epitaktischen Halbleiterstruktur mit einem vertikal intigrierten Profil, das eine Substratschicht (20), eine Kollektorkontaktschicht (22), eine Kollektorschicht (24), eine Basisschicht (26) und eine Emitterschicht (28) aufweist; b) Bereitstellen einer ersten Fotolackschicht aus einem ersten Material auf der Emitterschicht; c) Erstellen einer ersten Fotomaske (32), um die Emittermesa und einen Zugang zu der Basisschicht zu definieren; d) Belichten der ersten Fotolackschicht durch die erste Fotomaske; e) Entwickeln der belichteten ersten Fotolackschicht, um ein erstes Fotolackmuster (30) auszubilden; f) Ätzen der Emitterschicht unter Verwendung des ersten Fotolackmusters (30), um die Emittermesa auszubilden und einen vorbestimmten Bereich der Basisschicht freizulegen; g) Applizieren einer zweiten Fotolackschicht (36) aus einem zweiten Material, das verschieden ist von dem ersten Material, auf der in Schritt f) erhaltenen Struktur, um den freigelegten vorbestimmten Bereich der Basisschicht und das erste Fotolackmuster (30) abzudecken; h) Applizieren einer dritten Fotolackschicht (38) aus einem dritten Material, das von dem zweiten Material verschieden ist, auf der zweiten Fotolackschicht; i) Bereitstellen einer zweiten Fotomaske (40), die ein Muster aufweist, um ein Basiskontakt-Fotolackmuster in der zweiten und dritten Fotolackschicht auszubilden, wobei die zweite Fotomaske in nicht-kritischer Weise bezüglich der Emittermesa seitlich ausgerichtet ist; j) Belichten der in Schritt h) erhaltenen Fotolackstruktur durch die zweite Fotomaske; k) Entwickeln der belichteten dritten Fotolackschicht, um ein zweites Fotolackmuster (36) auszubilden, das einen Abschnitt der zweiten Fotolackschicht freigibt; l) Entwickeln der zweiten Fotolackschicht, um das Basiskontakt-Fotolackmuster in der zweiten und dritten Fotolackschicht auszubilden; m) Feinbearbeiten des ersten Fotolackmusters und des Basiskontakt-Fotolackmusters mit einer Feinbearbeitungszeitdauer, um einen Überhang des ersten Fotolackmusters derart zu beeinflussen, dass der vorbestimmte Abstand zwischen dem Basiskontakt und der Emittermesa in den nachfolgenden Schritten erhalten wird; n) Abscheiden einer Schicht aus einem ohmschen Metall (41) auf der in Schritt m) erhaltenen Struktur; und o) Entfernen des ersten Fotolackmusters und des Basiskontakt-Fotolackmusters und eines Abschnitts der Schicht aus dem ohmschen Metall auf dem ersten Fotolackmuster und dem Basiskontakt-Fotolackmuster, um Basismetallkontakte (42, 44) auf der Basisschicht zu belassen, die selbstausgerichtet sind und von der Emittermesa mit dem vorbestimmten Abstand zwischen dem Basiskontakt und der Emittermesa beabstandet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratschicht (20) aus GaAs gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorkontaktschicht (22) aus einem n⁺-Material gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorschicht (24) aus einem n^–-Material gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisschicht (26) aus einem p⁺-Material gebildet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Fotolack (36) Polymethylmethacrylat (PMMA) ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ohmsche Metall ein p-ohmsches Metall ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Abstand zwischen dem Basiskontakt und der Emittermesa 0.2 μm ± 0.05 μm beträgt.