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氮化镓器件制备中的标准光刻技术

  实验所用的衬底是基于蓝宝石衬底上MOCVD法生长的n型GaN衬底(缺陷密度~1010cm-2)。标准清洗后将GaN外延片放入2%的HF溶液中浸泡10s去除氧化层,经过标准的光刻定义图形后,立即放入ALD设备中,以N2为载气,TMA和H2O为前驱气体提供Al源和O源,脉冲式交替冲入腔体内,在300℃下生长5nm非晶Al2O3薄膜。然后采用PVD法淀积Ti/Au(50nm/200nm)电极作为类欧姆接触电极。为提高光的透过率,使用PVD法淀积了较薄的Ni/Au(4nm/6nm)的透明电极作为肖特基电极。器件的截面结构图和俯视图如图1、2所示。
器件截面结构图 
图1 器件截面结构图
器件俯视图 
图2 器件俯视图
 
  器件制备的主要工艺流程包含清洗、光刻定义图形、生长Al2O3薄膜、制备欧姆接触、制备肖特基透明电极、制备肖特基接触电极,具体工艺步骤如下所示。
  1. GaN外延片清洗
  去离子水(DIW)超声清洗5min;丙酮溶液超生波清洗5min;DIW冲洗;HCL:H2O=1:1溶液浸泡3min;DIW冲洗;2%HF溶液浸泡10s;DIW冲洗;N2吹干。
 
2. 使用光刻板1制作对准标记
 
3. 光刻板2定义Al2O3生长区域
  (1)匀胶:
  AZ5214反转胶:500转/秒×9秒;5000转/秒×30秒。
  AZ5214反转胶,其特性为一次曝光后,曝光区域的光敏成份转变成羧酸,可溶于碱性显影液,作为正胶使用;再经过硬烘焙和泛曝后,高温使得光刻胶中树脂成分发生交联反应,羧酸对交联反应具有促进作用,于是曝光区域交联反应较多,溶解性降低,从而未曝光区域溶于显影液,实现反转特性。
  (2)软烘焙:
  在100℃下软烘焙30秒。
  软烘焙的意义在于蒸发掉光刻胶中的一部分溶剂,一方面是为了排除后续光刻过程中溶剂对光的吸收,另一方面是为了让光刻胶与衬底表面较牢固地黏在一起。
  (3)前曝:
  使用光刻板2进行前曝5秒。
  前曝的目的在于将光刻胶中曝光区域内的光敏成分转变成羧酸,变成可溶区域。
  (4)硬烘焙:
  在120℃下硬烘焙90秒。
  硬烘焙的意义在于进一步蒸发光刻胶中的溶剂,使光刻胶与衬底黏结更牢。
  (5)泛曝:
  移除光刻板泛曝20秒。
  泛曝的目的在于使前曝过程中曝光区域从可溶变为不可溶,实现反转特性。
  (6)显影:
  放入碱性显影液中显影30秒。
 
  4. ALD技术制备
  Al2O3将样品放入ALD设备中,300℃下制备5nm厚度的Al2O3非晶薄膜。
 
  5. 剥离光刻胶
  将样品放入丙酮浸泡1分钟;DIW冲洗;N2吹干,以移除光刻胶。
 
  6. 光刻板3定义欧姆接触图形
  匀胶:AZ5214:500转/秒×9秒;5000转/秒×30秒;
  软烘焙:100℃×30秒;
  前曝:光刻板3,曝光5秒;
  硬烘焙:120℃×90秒;
  显影:碱性溶液中显影30秒;
 
  7. 淀积欧姆接触电极
  PVD生长Ti/Au(50nm/200nm)欧姆接触。
 
  8. 剥离光刻胶
  丙酮浸泡1分钟,DIW冲洗,N2吹干。
 
  9. 快速热退火
  700℃的N2下快速热退火1分钟。
 
  10. 光刻板2定义肖特基透明电极图案
  匀胶:AZ5214:500转/秒×9秒;5000转/秒×30秒;
  软烘焙:100℃×30秒;
  前曝:光刻板3,曝光5秒;
  硬烘焙:120℃×90秒;
  显影:碱性溶液中显影30秒;
 
  11. 淀积肖特基透明电极
  PVD生长Ni/Au(4nm/6nm)肖特基透明电极。
  提高光的透过率。
 
  12. 剥离光刻胶
  丙酮浸泡1分钟,DIW冲洗,N2吹干。
 
  13. 光刻板4定义肖特基接触电图案
  匀胶:AZ5214:500转/秒×9秒;5000转/秒×30秒;
  软烘焙:100℃×30秒;
  前曝:光刻板3,曝光5秒;
  硬烘焙:120℃×90秒;
  显影:碱性溶液中显影30秒;
 
  14. 剥离光刻胶
  丙酮浸泡1分钟,DIW冲洗,N2吹干。
 
  15. 器件完成
  
  器件制备的主要工艺流程如图3所示。
器件制备工艺流程图 
图3 器件制备工艺流程图
 

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