專利名稱：利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體材料與器件制造領(lǐng)域，具體涉及一種利用飛秒激光制備金 屬-半導(dǎo)體接觸電極的方法。
背景技術(shù)：
飛秒激光是20世紀(jì)80年代初期誕生并迅速發(fā)展起來的激光前沿研究領(lǐng)域和新的 科學(xué)技術(shù)分支，它是目前人類觀察微觀世界，揭示超快運(yùn)動(dòng)過程的重要手段。人們通常將皮 秒(ps，10-12s)、飛秒(fs，10-15s)光脈沖稱之為超短光脈沖。飛秒激光具有以下特點(diǎn)一 是其脈沖寬度極短；二是經(jīng)放大后峰值功率極高，可達(dá)太瓦(1012W)以上，經(jīng)聚焦，峰值功 率密度可達(dá)108-1020W/cm2，其強(qiáng)度超過了原子內(nèi)部的庫侖場(chǎng)，比目前全世界發(fā)電總功率還 要多出百倍；三是它能聚焦到比頭發(fā)的直徑還要小的空間區(qū)域，使電磁場(chǎng)的強(qiáng)度比原子核 對(duì)其周圍電子的作用力還要高數(shù)倍。這些獨(dú)有的特點(diǎn)使飛秒激光具有廣泛而特殊的用途， 使其在超快領(lǐng)域、超強(qiáng)領(lǐng)域，超微細(xì)加工領(lǐng)域和光通信中都有應(yīng)用。飛秒激光超微細(xì)加工是當(dāng)今世界激光、光電子行業(yè)中的一個(gè)極為引人注目的前沿 研究方向。與飛秒超快和飛秒超強(qiáng)研究有所不同的是飛秒激光超微細(xì)加工與先進(jìn)的制造技 術(shù)緊密相關(guān)，對(duì)某些關(guān)鍵工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展可以起到更直接的推動(dòng)作用。用超短激光脈 沖進(jìn)行材料處理或加工，不僅可以改進(jìn)用現(xiàn)有激光進(jìn)行材料微加工的不足之處，而且還可 以完成傳統(tǒng)激光加工無法做到的事情。飛秒激光具有極高的三維光子密度，可以對(duì)各種材 料實(shí)現(xiàn)逐層、微量加工；飛秒激光加工的熱影響區(qū)域小，不存在長(zhǎng)脈沖激光或連續(xù)激光加工 中的等離子體屏蔽效應(yīng)，這就使其能量利用效率和加工精度都非常高。例如，納秒和皮秒激 光加工時(shí)，在燒蝕區(qū)域周圍融化層的污染會(huì)導(dǎo)致加工精度的降低。顯微觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，納秒和皮 秒激光燒蝕孔的周圍存在冠狀物，而飛秒激光燒蝕的孔洞外圍非常平整。當(dāng)用飛秒激光加工透明介質(zhì)材料時(shí)，加工過程不受材料本身的線性吸收系數(shù)的影 響，同時(shí)，對(duì)材料表面或內(nèi)部的缺陷不敏感。此外，從光和物質(zhì)相互作用的角度來看，飛秒激 光加工涉及的主要是多光子電離的過程，在機(jī)理上不同于傳統(tǒng)激光加工，飛秒激光燒蝕具 有低的破壞閾值及小的熱擴(kuò)散區(qū)的特點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的“非熱”微加工，從而大大減小傳 統(tǒng)長(zhǎng)脈沖激光加工中熱效應(yīng)帶來的負(fù)面影響，顯著提高加工精度，在光電器件微加工領(lǐng)域 具有廣闊的應(yīng)用。本發(fā)明公開一種利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極的方法，該方法采用圖 形直寫，無需顯影、定影即可直接進(jìn)入下一工藝步驟，大大簡(jiǎn)化工藝，降低了成本，在一些場(chǎng) 合還可以代替電子束曝光技術(shù)制作細(xì)小金屬電極。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新模式的圖形曝光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)金屬_半導(dǎo)體接觸電 極的制備。其廣泛適用于包括高電子遷移率晶體管(HEMT)肖特基柵電極，金屬-半導(dǎo)體光 電二極管(Metal-semiconductor photodiode)半透明電極以及歐姆接觸電極等金屬-半導(dǎo)體接觸電極的制備。主要特點(diǎn)是采用飛秒激光加工工藝代替?zhèn)鹘y(tǒng)的圖形曝光工藝，在晶 片上直接描繪圖案，在一些場(chǎng)合還可以代替電子束曝光技術(shù)制作細(xì)小金屬電極。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的解決方案是提供一種利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo) 體接觸電極的方法，包括如下步驟步驟1 在晶片表面涂布抗蝕劑；步驟2 采用飛秒激光直寫技術(shù)，在抗蝕劑表面形成圖形；步驟3 采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在圖形的表面蒸發(fā)金屬，使金屬附著于圖形的上 面，同時(shí)該金屬還附著于剩余抗蝕劑的上面；步驟4:剝離晶片表面涂布的抗蝕劑，并同時(shí)剝離掉抗蝕劑上面的金屬，得到金 屬-半導(dǎo)體接觸電極。其中晶片是砷化鎵晶片。其中抗蝕劑是電子束膠或光刻膠。其中抗蝕劑的厚度為10納米到0. 1微米。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于采用飛秒激光制作金屬-半導(dǎo)體接觸電極，操作簡(jiǎn)單，直接高 效，通過激光器終端所連接的顯示器可以即時(shí)清晰地觀察實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果；不再顯影 定影，減少了對(duì)器件本身的污染。與傳統(tǒng)光刻和電子束曝光工藝相比降低了成本。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后， 其中圖1-圖4是本發(fā)明的工藝步驟流程圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1-圖4所示，本發(fā)明提供一種利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極 的方法，包括如下步驟步驟1 在晶片10表面涂布抗蝕劑20，該晶片10是半導(dǎo)體晶片如砷化鎵晶片，氮 化鎵晶片，硅晶片或是二氧化硅晶片等，該抗蝕劑20可以是電子束膠或光刻膠，該抗蝕劑 20的厚度為10納米到0. 1微米之間；步驟2 采用飛秒激光直寫技術(shù)，在抗蝕劑20表面形成圖形30 ；步驟3 采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在圖形30的表面蒸發(fā)金屬40，使該金屬40附著于 圖形30的上面，同時(shí)該金屬40還附著于剩余抗蝕劑20的上面；步驟4 剝離晶片10表面涂布的抗蝕劑20，并同時(shí)剝離掉抗蝕劑20上面的金屬 40，得到金屬-半導(dǎo)體接觸電極。本發(fā)明基于飛秒激光加工工藝制備金屬_半導(dǎo)體接觸電極，包括歐姆接觸和肖特 基接觸。下面結(jié)合附圖1-4，以制備肖特基電極為例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明步驟一如圖1所示，在待制備肖特基電極的樣品上面涂布抗蝕劑，根據(jù)曝光 圖形的大小，可選用電子束膠(細(xì)小圖形，<0.5 μ m)或者普通紫外光刻膠(較大圖形， ≤ 0. 5 μ m)。步驟二 如圖2所示，利用飛秒激光燒蝕抗蝕劑。調(diào)整飛秒激光器的分光光路，以得到所需波段激光，并調(diào)整激光器功率，使其可以恰好將膠燒蝕掉而又不損傷器件內(nèi)部已 經(jīng)做好的結(jié)構(gòu)；將片子置于載片臺(tái)內(nèi)鏡頭下面，調(diào)好物鏡和目鏡，以便能夠通過終端顯示器 清晰的觀察到實(shí)驗(yàn)過程和試驗(yàn)結(jié)果。該方法利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極，其 工作方式類似于電子束圖形曝光(electron-beam lithography)，不需要掩模版，可直接在 半導(dǎo)體晶片上面描繪圖形。其中飛秒激光直寫圖形后，被燒蝕抗蝕劑通過揮發(fā)自動(dòng)離開晶 片表面，不需要經(jīng)過顯影、定影兩個(gè)步驟，直接可進(jìn)入下一步蒸發(fā)工藝。步驟三如圖3所示，采用電子束蒸發(fā)工藝淀積金屬。步驟四如圖4所示，剝離與浮脫(lift-off)，得到所需的肖特基電極。利用飛秒 激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極，其中可制作媲美電子束曝光技術(shù)的細(xì)小圖形，并且產(chǎn)率更高。本發(fā)明的主要內(nèi)容是將飛秒激光應(yīng)用于制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極。飛秒激光燒 蝕的關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)在于其能量在材料中熱擴(kuò)散開始前非常短的時(shí)間內(nèi)沉積在材料表面，隨著激 光能量的線性或多光子吸收，材料中的電子溫度可以迅速升高到幾千電子伏特。隨后電子 將能量傳遞到原子晶格，材料發(fā)生物質(zhì)遷移，燒蝕和產(chǎn)生等離子體。由于激光脈沖寬度小于 電子將能量傳遞到晶格的時(shí)間(皮秒量級(jí))，不同材料的飛秒激光燒蝕效應(yīng)基本相近。以上所述，僅為本發(fā)明中的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任 何熟悉該技術(shù)的人在本發(fā)明所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換，都應(yīng)涵蓋在 本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極的方法，包括如下步驟 步驟1 在晶片表面涂布抗蝕劑；步驟2 采用飛秒激光直寫技術(shù)，在抗蝕劑表面形成圖形；步驟3 采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在圖形的表面蒸發(fā)金屬，使金屬附著于圖形的上面，同 時(shí)該金屬還附著于剩余抗蝕劑的上面；步驟4 剝離晶片表面涂布的抗蝕劑，并同時(shí)剝離掉抗蝕劑上面的金屬，得到金屬-半 導(dǎo)體接觸電極。
2.如權(quán)利要求1所述的利用飛秒激光制備金屬_半導(dǎo)體接觸電極的方法，其中晶片是 砷化鎵晶片。
3.如權(quán)利要求1所述的利用飛秒激光制備金屬_半導(dǎo)體接觸電極的方法，其中抗蝕劑 是電子束膠或光刻膠。
4.如權(quán)利要求1所述的利用飛秒激光制備金屬_半導(dǎo)體接觸電極的方法，其中抗蝕劑 的厚度為10納米到0.1微米。
全文摘要
一種利用飛秒激光制備金屬-半導(dǎo)體接觸電極的方法，包括如下步驟步驟1在晶片表面涂布抗蝕劑；步驟2采用飛秒激光直寫技術(shù)，在抗蝕劑表面形成圖形；步驟3采用電子束蒸發(fā)技術(shù)，在圖形的表面蒸發(fā)金屬，使金屬附著于圖形的上面，同時(shí)該金屬還附著于剩余抗蝕劑的上面；步驟4剝離晶片表面涂布的抗蝕劑，并同時(shí)剝離掉抗蝕劑上面的金屬，得到金屬-半導(dǎo)體接觸電極。
文檔編號(hào)H01L21/28GK102005378SQ20101028356
公開日2011年4月6日 申請(qǐng)日期2010年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月15日
發(fā)明者徐曉娜, 李越強(qiáng), 楊富華, 王曉東 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所