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研究生:陳俊明
研究生(外文):Chun-ming Chen
論文名稱:次微米磷化銦/砷化銦鎵異質接面雙極性電晶體自我對準基極平台開發
指導教授:綦振瀛
學位類別:碩士
校院名稱:國立中央大學
系所名稱:電機工程學系
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:82
中文關鍵詞:次微米異質接面雙極性電晶體
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為了將異質接面雙極性電晶體操作頻率提升至兆赫(THz)等級,則必須
將元件尺寸微縮至次微米等級,以降低元件的RC 延遲時間,來達到THz
電晶體的目標。本論文主要為討論在元件的微縮過程中 ,將遭遇到的製程
瓶頸及解決方法。
我們透過電子束微影技術並利用多層光阻組合結構,成功的將射極金
屬線寬微縮至150 奈米,並將射極金屬的外觀形貌由長方體輪廓改為上寬
下窄的T 形輪廓以提高基極金屬自我對準的製程良率,且提出一製作射極
金屬側壁的製程,能避免次微米元件在濕蝕刻製程時容易遇到的電化學效
應發生,使元件在蝕刻至基極材料表面時,射極平台周圍不會殘留多餘的
射極材料,導致射極定義線寬失真。除此之外,我們還發展了一套利用苯
並環丁烯(BCB)材料,以旋轉塗佈加上回蝕刻的方式,來完成的自我對準基
極平台定義製程,相對於利用成長二氧化矽或氮化矽來完成的基極平台定
義製程,能避免因利用電漿成長薄膜時所造成的元件增益衰退現象,且更
能有效保護射極平台及射極平台與基極金屬間的基極材料表面,使元件能
在不傷害特性的條件下以濕蝕刻的方式蝕刻至次集極材料表面。
因此,本論文的結果將有助於未來次微米異質接面雙極性電晶體的元
件製作,使元件能順利達到THz 之目標。
To achieve terahertz operation, the emitter size of heterojunction bipolar
transistors (HBTs) must be scaled down to sub-micron meter to minimize the
RC delay time. In this work, we focus on solving the bottleneck of fabricating
sub-micron meter HBTs.
By using e-beam lithography technology and multi-layer photoresist
process, an emitter metal with minimum linewidth of 0.15 μm has been
demonstrated. Moreover, a unique T-shape emitter is proposed to improve the
yield of self-aligned base metallization process. We have also developed a SiO2
dielectric sidewall process to avoid the electrical-chemical effect during the
emitter mesa etching while maintain the effective emitter linewidth. Base on the
SiO2 sidewall technology, we propose a novel self-aligned base mesa process
using spin-coated Benzocyclobutene (BCB). The use of spin-coated BCB can
avoid the ion bombard problem during the plasma etching process and leads to a
low damage surface of the device under process. Electrical measurements show
that the cross point of the base and collector currents in the Gummel plot can be
suppressed for 2 to 3 orders of magnitude, which indicate that the technology
developed in this work will greatly benefit the realization of THz HBTs.
摘要………………………………………………………………………………I
Abstract………………………………………………………………………….II
誌謝…………………………………………………………………………….III
目錄…………………………………………………………………………….IV
圖目錄…………………………………………………………………………VII
表目錄………………………………………………………………………..VIII
第一章 導論…………………………………………………………………….1
1.1 序論 ..…..……………………………………………………………..1
1.2 研究動機..…..…………………………………………………………5
1.3 章節簡述…....…………………………………………………………5
第二章 次微米射極製程開發………………………………………………….6
2.1 序論……………………………………………………………………6
2.2 電子束微影簡介……………………………………………………….7
2.2.1 電子束微影發展過程………………………………………….7
2.2.2 電子束微影系統……………………………………………….7
2.2.2.1 原理……………………………………………………7
2.2.2.2 電子源…………………………………………………8
V
2.2.2.3 電子光學圓柱…………………………………………9
2.2.2.4 電磁透鏡……………………………………………..10
2.2.2.5 電子束偏折系統……………………………………..10
2.2.2.6 電子束掃描方式…….……………………………….11
2.2.2.7 晶圓平台移動方式………………………….……….12
2.2.2.8 電子束照射形狀……………………………..………12
2.3 射極金屬定義與蒸鍍………………………..……………………….15
2.3.1 金屬蒸鍍系統的選用………………………………………...15
2.3.2 電子束光阻結構與金屬輪廓………………………………...17
2.3.2.1 長方體金屬輪廓……………………………………..17
2.3.2.2 T 型金屬輪廓…………………………………………19
2.3.3 電子束曝光劑量與顯影時間………………………………...22
2.4 射極平台製作………………………………………………………..24
2.5 射極特徵歐姆接觸電阻特性探討…………………………………..29
2.5.1 實驗設計……………………………………………………...30
2.5.2 實驗結果…………………………………………………...…31
2.6 結論…………………………………………………………………..33
第三章 自我對準基極平台製程發展………………………………………...34
3.1 序論……………………………………………………………………34
VI
3.2 基極平台製程發展……………………………………………………35
3.2.1 電子束負光阻微影製程……………………….……………..36
3.2.2 蒸鍍二氧化矽薄膜搭配乾蝕刻製程……………………..….38
3.2.3 沉積氮化矽或二氧化矽薄膜製程…………………………...42
3.3 BCB 基極平台定義製程……………………………………………..50
3.4 試片結構……………………………………………………………..56
3.5 元件特性……………………………………………………………..58
3.6 結論…………………………………………………………………..62
第四章 結論…………………………………………………………………...63
參考文獻.............................................................................................................65
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