一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法与流程

1.本发明涉及一种去除残胶工艺中抗等离子体侵蚀的方法，尤其涉及一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法。


背景技术：

2.目前，第三代半导体越来越受到人们重视，特别是在航空航天、高铁、电力系统等功率密度使用高的场合。氮化镓和碳化硅是第三代半导体产业中的核心材料。相对于成熟的硅基工艺，第三代半导体材料和工艺仍然处于验证和提高的阶段。
3.对于氮化镓工艺，在制造过程中需要经过多次等离子体处理，包括薄膜沉积、干法刻蚀、干法去胶等。在暴露于等离子体的气氛中，氮化镓材质不可避免地遭受等离子体中活性激子、离子、电子等粒子的接触或者攻击。材质中本身存在的缺陷会在粒子攻击中遭受更大地破坏，进行影响氮化镓的电学性能。图1显示了氮化镓晶体的原子力显微镜afm照片，照片中的黑点为氮化镓晶体生长过程中出现的螺型位错，这些位错所在处材质并不致密，很容易遭受等离子体侵蚀。图2所示为经等离子体处理后的氮化镓表面形貌，白色点状为等离子体处理前的位错所在，这些地方遭受了活性粒子化学或物理性的攻击，从而对材质造成了破坏。
4.由于半导体工艺中不可避免的会使用等离子体，如何尽量减少等离子体对材质的破坏成为了一道难题。因此，研发一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，成为本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明是为了解决上述不足，提供了一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法。通过优化工艺流程中的气体种类和密度，提高速率以减少等离子体作用于材质的时间，从而使得氮化镓制造工艺中存在的等离子体损伤降到最低。
6.本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，包括以下步骤：
7.s1)涂胶：在氮化镓晶圆上涂敷光刻胶；
8.s2)曝光显影：根据产品掩模版进行曝光显影，曝光显影是在正性光刻胶的曝光区和负性光刻胶的非曝光区的光刻胶在显影液中溶解，在光刻胶上形成三维图形的一种光刻技术；
9.s3)残胶去除(干法去胶)：利用氧氢基等离子体去除光刻显影后氮化镓表面残留的光刻胶；等离子体清洗机处理晶圆表面光刻胶时，等离子表面清洗可除去表面光刻胶及其它有机物，并可通过等离子活化、粗化等方法，有效地改善表面的浸润性。
10.s4)湿法清洗：干法去胶后进行湿法清洗，以保证氮化镓表面洁净；
11.s5)沉积金属：进行沉积金属工艺，以便电气连接；
12.s6)胶剥离：金属沉积后使用剥离(lift-off)工艺去除光刻胶及其顶部的金属。
13.进一步地，所述氧氢等离子体的产生可以通过o2-h2、o2-h2o或者o2-n2h2气体混合电离，气体流量一般为100-1000sccm，功率大小为300-1500w，作用时间为15-25s。
14.进一步地，步骤s3中，残胶去除中，氧氢基等离子体采用微波源等离子体。
15.进一步地，步骤s3中，残胶去除中，腔体压力设置为2-5torr。
16.本发明与现有技术的优点是：本发明通过改变气体种类，产生了氧氢等离子体，并采用高压力模式，使得光刻胶去除速率快于传统氧基等离子体的3倍，使得氮化镓暴露于等离子体的时间缩短为氧基等离子体的三分之一，有效的减轻了等离子体对氮化镓表面的侵蚀。
附图说明
17.图1是原子力显微镜下的氮化镓表面图示。
18.图2是经等离子体处理后的氮化镓表面形貌图示。
19.图3是本发明的工艺流程示意图。
20.图4是本发明和传统工艺的对比图。
21.图5是传统工艺的工艺流程示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图对本发明进一步详述。
23.如图3所示，本发明的一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，包括以下步骤：
24.s1)涂胶：在氮化镓晶圆上涂敷光刻胶；
25.s2)曝光显影：根据产品掩模版进行曝光显影，曝光显影是在正性光刻胶的曝光区和负性光刻胶的非曝光区的光刻胶在显影液中溶解，在光刻胶上形成三维图形的一种光刻技术；
26.s3)残胶去除(干法去胶)：利用氧氢基等离子体去除光刻显影后氮化镓表面残留的光刻胶；等离子体清洗机处理晶圆表面光刻胶时，等离子表面清洗可除去表面光刻胶及其它有机物，并可通过等离子活化、粗化等方法，有效地改善表面的浸润性。
27.s4)湿法清洗：干法去胶后进行湿法清洗以保证氮化镓表面洁净，
28.s5)沉积金属：沉积金属以便电气连接；
29.s6)胶剥离：金属沉积后使用剥离(lift-off)工艺去除光刻胶及其顶部的金属。
30.进一步地，所述氧氢等离子体的产生可以通过o2-h2、o2-h2o或者o2-n2h2气体混合电离，气体流量一般为100-1000sccm，功率大小为300-1500w，作用时间为15-25s。
31.进一步地，步骤s3中，残胶去除中，氧氢基等离子体采用微波源等离子体。
32.进一步地，步骤s3中，残胶去除中，腔体压力设置为2-5torr。
33.步骤s3中，传统残胶去除工艺中造成的氮化镓损伤，如图3所示，如果残胶去除后氮化镓表面已经造成了严重的破坏，当金属沉积后，在金属和氮化镓界面处会存在严重的由材质起伏不均造成的界面态，这些界面态导致了不稳定的电学性能。
34.图4显示了本发明和传统工艺的比对；图5显示了传统工艺的整体流程。对于光刻显影后的光刻胶残留去除，通常采用传统的氧基等离子体进行，这种方法通常速率偏低，导
致等离子体作用于氮化镓表面的时间长，进而产生表面损伤。
35.本发明一方面通过调整等离子体活性粒子从氧基转换为氧氢基，在同等条件下产生了快于氧基等离子体工艺3倍的速率(氧基：速率25.1nm/min；氧氢基：速率76.0nm/min)；另一方面，通过增大腔体气体压力，通过更多的粒子碰撞产生了更高浓度的活性氧氢激子，进一步增加了作用于光刻胶的反应速率，从而降低了等离子体作用于氮化镓表面的时间。
36.为了进一步提高等离子体密度，还可以从目前的电感耦合等离子体icp源，改变为微波源方式；这种改变涉及到硬件重新设计，相对比较复杂。
37.以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。


技术特征：
1.一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，其特征在于：包括以下步骤：s1)涂胶：在氮化镓晶圆上涂敷光刻胶；s2)曝光显影：根据产品掩模版进行曝光显影；s3)残胶去除：利用氧氢基等离子体去除光刻显影后氮化镓表面残留的光刻胶；s4)湿法清洗：干法去胶后进行湿法清洗；s5)沉积金属：进行沉积金属工艺以便电气连接；s6)胶剥离：金属沉积后使用剥离工艺去除光刻胶及其顶部的金属。2.根据权利要求1所述的一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，其特征在于：所述氧氢等离子体的产生通过o2-h2、o2-h2o或者o2-n2h2气体混合电离，气体流量一般为100-1000sccm，功率大小为300-1500w，作用时间为15-25s。3.根据权利要求1所述的一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，其特征在于：步骤s3中，残胶去除中，氧氢基等离子体采用微波源等离子体。4.根据权利要求1所述的一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，其特征在于：步骤s3中，残胶去除中，腔体压力设置为2-5torr。

技术总结
本发明公开了一种提高氮化镓表面抗等离子体侵蚀的方法，包括以下步骤：S1)涂胶：在氮化镓晶圆上涂敷光刻胶；S2)曝光显影：根据产品掩模版进行曝光显影；S3)残胶去除：利用氧氢基等离子体去除光刻显影后氮化镓表面残留的光刻胶；S4)湿法清洗：干法去胶后进行湿法清洗；S5)沉积金属：进行沉积金属工艺以便电气连接；S6)胶剥离：金属沉积后使用剥离工艺去除光刻胶及其顶部的金属。本发明通过改变气体种类，产生了氧氢等离子体，并采用高压力模式，使得光刻胶去除速率快于传统氧基等离子体的3倍，使得氮化镓暴露于等离子体的时间缩短为氧基等离子体的三分之一，有效的减轻了等离子体对氮化镓表面的侵蚀。氮化镓表面的侵蚀。氮化镓表面的侵蚀。


技术研发人员：李鑫 袁康
受保护的技术使用者：上海稷以科技有限公司
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/5/17