SiGe HBT 發(fā)射極臺面濕法腐蝕技術(shù)研究

發(fā)布時間:2008/6/5 0:00:00 訪問次數(shù):521

熊小義，劉志農(nóng)，張偉，付玉霞，黃文韜，劉志弘，陳長春，竇維治，線佩信

（清華大學(xué)微電子學(xué)研究所，北京 100084）

摘要：在sige hbt的制造工藝中，為了防止干法刻蝕發(fā)射極臺面對外基區(qū)表面造成損傷，從而導(dǎo)致sige hbt小電流下較大漏電問題，為sige hbt發(fā)射極臺面的濕法腐蝕技術(shù)進行了研究。通過改變超聲功率、腐蝕液溫度，從中獲得了較為理想的腐蝕條件。

關(guān)鍵詞：濕法腐蝕；sige；異質(zhì)結(jié)雙極晶體管；超高真空低壓化學(xué)汽相淀積

中圖分類號：tn32 文獻標(biāo)識碼：a文章編號：1671-4776（2003）10-0015-02

1引言

隨著無線移動微波通信的迅速發(fā)展，迫切需要低成本、高性能和高集成度的微波集成電路。由于sige hbt具有與si工藝完全兼容，微波性能好的特點，能夠?qū)崿F(xiàn)微波通信電路的系統(tǒng)集成，正成為一種非常具有應(yīng)用前景的微波器件。

sige hbt按幾何形狀分為臺面結(jié)構(gòu)和平面結(jié)構(gòu)。由于臺面結(jié)構(gòu)的集電極直接從襯底引出，工藝相對簡單，所以目前sige hbt單管研制多采用臺面結(jié)構(gòu)。利用分子束外延（mbe）或超高真空低壓化學(xué)汽相淀積（uhv／cvd）［1］，連續(xù)地生長hbt的si集電區(qū)、sige基區(qū)和si發(fā)射區(qū)，然后采用兩步刻蝕制作出雙臺面結(jié)構(gòu)——發(fā)射區(qū)臺面和基區(qū)臺面。我們采取兩次反應(yīng)離子刻蝕（rie）的工藝流程，已經(jīng)研制出β＝100，ft＝12.5 ghz[2]的高頻低噪聲ｈｂｔ。但由于干法刻蝕工藝固有地存在對被刻蝕表面的損傷，從而在干法刻蝕發(fā)射極臺面時對外基區(qū)表面造成了損傷，形成了許多復(fù)合中心，造成sige hbt小電流下較大漏電問題。為了克服這個問題我們對發(fā)射極臺面的濕法腐蝕技術(shù)進行了研究，從中獲得了較為理想的腐蝕條件。

2實驗

我們設(shè)計的sige hbt的發(fā)射極條寬為16μm，相鄰發(fā)射極間距為32μm，整個硅片的尺寸為5英寸。在這種情況下，我們不僅要考慮腐蝕液的選取、超聲功率及溫度對腐蝕速度的影響，更要考慮到在不同的腐蝕溫度和超聲功率下單個發(fā)射極臺面的掩蔽膜是否仍具掩蔽能力以及整個硅片的腐蝕均勻性。在選取腐蝕液的時候要考慮以下因素：

（ａ）對si的腐蝕須具有良好的各向異性；

（ｂ）對需保留的部分——掩蔽膜（本實驗采用的是pecvd sio2）和si下的si1－ｘgex必須不腐蝕或具有極慢的腐蝕速率。綜合考慮，我們選取的腐蝕溶液為：100g koh，4 ｇ重鉻酸鉀（k2cr207）和100 ｍｌ丙醇以及400 ｍｌ水[3]。

在選取了合適的腐蝕液后，主要從溫度對si和sige腐蝕速率的影響、超聲功率對腐蝕均勻性的影響兩個方面對濕法腐蝕技術(shù)進行了研究。

3實驗結(jié)果

3.1發(fā)射極臺面腐蝕速率與超聲功率的關(guān)系

由于各發(fā)射極間距較小，在不加超聲功率情況下，整個si片可能腐蝕不均勻。因此我們研究了超聲功率對速率的影響。將一實驗片放在25 ℃的腐蝕液中，不加超聲腐蝕10ｍｉｎ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)整個si片的腐蝕速率極不均勻。然后在腐蝕過程中施加功率為50 ｗ的超聲，結(jié)果發(fā)現(xiàn)腐蝕仍不均勻。而當(dāng)功率為100 ｗ時則獲得了均勻的腐蝕速率。在獲得均勻的腐蝕速率后，進一步研究了超聲功率對整個腐蝕速率的影響情況，得到了圖１所示的曲線。從曲線可以看出，腐蝕速率隨著超聲功率增大而加快。

3.2發(fā)射極臺面腐蝕速率與溫度的關(guān)系

將超聲功率固定在100ｗ，通過一系列實驗，獲得了20～40℃溫度下發(fā)射極臺面的腐蝕速率曲線圖（圖２）。圖3為30℃時，將樣品腐蝕10 ｍｉｎ得到的ｓｉ臺面的掃描電子顯微鏡（sem）照片，可以看出腐蝕面光亮、平整。這對sige hbt的小電流下漏電會有較大改善。

當(dāng)把溫度繼續(xù)升高到50 ℃，腐蝕10ｍｉｎ后在顯微鏡下觀察發(fā)現(xiàn)，由于線條太細，位于各發(fā)射極上的部分sio2掩蔽膜已經(jīng)抗不住腐蝕而被漂掉。非發(fā)射極臺面上的大面積的sio2雖然未漂掉，但已經(jīng)出現(xiàn)了明顯的凸角腐蝕現(xiàn)象。因此較高溫度下sio2已經(jīng)不適合作為細線條的掩蔽膜。

3.3 siｘge1－x的腐蝕速率

采用實驗片為ｎ型(100)硅片，通過uhv／cvd外延了一層厚度為30ｎｍ的siｘge1－x（對于本實驗組分ｘ＝0.2）。然后利用等離子體增強化學(xué)氣相淀積（pecvd）工藝淀積一層sio2作為掩蔽膜，通過光刻、刻蝕得到所需的發(fā)射極圖形。

然后，將超聲功率固定為150 ｗ，在不同的腐蝕液溫度下進行實