CN106783570B - 一种高电子迁移率晶体管t型栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，包括以下步骤：S1、在晶体管表面生长Si3N4介质钝化层；S2、在介质钝化层上均匀涂抹高光感正胶并进行烘烤；S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光显影形成栅槽刻蚀窗口，并进行烘烤；S4、刻蚀介质钝化层形成栅槽，并去除高光感正胶；S5、在晶体管表面均匀涂抹负胶，对负胶进行光刻形成栅帽线条；S6、蒸发栅金属并剥离形成栅极。本发明采用步进式曝光、缩胶工艺及ICP‑RIE刻蚀来调节目标线条的特征尺寸，可以灵活制作特征尺寸为0.1‑0.5μm的栅线条，与电子束曝光方式相比，生产效率大大提升，适用于批量生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法。
背景技术
GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)特有的高电子迁移率、高二维电子气面密度、高击穿电场，使得其具备更高的功率输出密度，被视为下一代射频/微波功率放大器的首选技术。
随着场效应晶体管(FET)高频应用需求的急剧增长，提升器件截止频率fT就显得越发重要。
作为表征晶体管高速性能的重要参数，器件截止频率fT的近似公式为：
其中vs为载流子的饱和迁移速率，Lg为器件栅长。可以看出，栅长对器件的截止频率有着决定性的影响。
缩小器件的栅长是提升其频率性能的最直接的方法，但该方法同时会导致栅电阻的增大，栅电阻增大会恶化器件噪声性能、降低器件最大振荡频率和可靠性等，T型栅的结构由于可以减小栅电阻而被研究人员广泛采用。通常，当目标栅长小于0.5μm时会考虑采取T型栅结构，而此种特征尺寸通常已经超过普通光刻机的工艺极限，一般都是采用电子束曝光的方式来实现。
采用电子束曝光的方式来制作细线条不需要制作光刻版，可以省却一套光刻版中等级最高的栅线条版，可以省去一部分制版费用。但是电子束曝光方式除了设备造价高昂以外，最大的缺陷在于生产效率低下，其产能往往只有步进式光刻机的10％左右，很难满足大批量生产之需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，该方法很好地解决了采用电子束曝光方式生产效率低下的问题。
为达到上述要求，本发明采用步进式曝光方式刻写栅线条，继而通过缩胶工艺将栅线条尺寸调整至目标值，随后采用ICP-RIE的方式刻蚀栅下介质钝化层，如有需要可进一步刻蚀外延层来加强栅控能力，在这之后去除光刻胶掩膜再制作栅帽，便可完成整套T型栅的制备。
该方法具体包括以下步骤：
S1、在晶体管表面生长Si3N4介质钝化层；
S2、在介质钝化层上均匀涂抹高光感正胶并进行烘烤；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光显影形成栅槽刻蚀窗口，并进行烘烤；
S4、刻蚀介质钝化层形成栅槽，并去除高光感正胶；
S5、在晶体管表面均匀涂抹负胶，对负胶进行光刻形成栅帽线条；
S6、蒸发栅金属并剥离形成栅极。
与现有技术相比，本发明具有的优点是：
(1)采用步进式曝光、缩胶工艺及ICP-RIE刻蚀来调节目标线条的特征尺寸，可以灵活制作特征尺寸为0.1-0.5μm的栅线条，与电子束曝光方式相比，生产效率大大提升，适用于批量生产；
(2)本发明方法工艺具备良好的可植入性和可操作性，无需增加额外的工艺成本，具备很强的实用性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，在这些附图中使用相同的参考标号来表示相同或相似的部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1-6为本发明各步骤形成的器件结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图及具体实施例，对本申请作进一步地详细说明。为简单起见，以下描述中省略了本领域技术人员公知的某些技术特征。
本实施例以氮化镓高电子迁移率晶体管为例，介绍其T型栅的制作方法。该氮化镓高电子迁移率晶体管包括SiC衬底和位于SiC衬底上方AlGaN/GaN外延层，且该器件已完成源漏电极和隔离工艺。其T型栅的制作方法包括以下步骤：
S1、在晶体管表面生长Si3N4介质钝化层1，介质钝化层1的厚度为
S2、在介质钝化层1上均匀涂抹高光感正胶2，厚度为0.4-0.7μm；采用100℃真空热板对涂抹了高光感正胶2的晶体管进行烘烤，烘烤时间为70-100s；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶2进行曝光、显影形成栅槽刻蚀窗口，最低可获得特征尺寸为0.4μm的细线条，并进行烘烤，烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为60-120s；本步骤后得到的器件结构如图1所示；
A、在高光感正胶2上均匀涂抹缩胶，并进行两次烘烤，使缩胶与光刻胶表面发生反应生成聚合物3；第一次烘烤的温度为80-90℃，时间为60-90s；第二次烘烤的温度为100-120℃，时间为60-90s；缩胶，可在一定温度下与光刻胶表面发生反应生成聚合物3，未发生反应的部分则可水洗去除，采用本步骤可以缩小栅线条的特征尺寸；是否需要采用缩胶工艺取决于步进式光刻机所能达到的光刻精度，以光刻精度为0.4μm为例，如果需要制作栅长在0.4μm以上的线条则不再需要引入缩胶工艺；
B、清洗去除多余缩胶，并进行烘烤，烘烤的温度为110-120℃，时间为30-60s；本步骤后得到的器件结构如图2所示；
S4、从栅槽刻蚀窗口刻蚀介质钝化层1形成栅槽4，并去除高光感正胶2；
S41、打底胶，速率20-30s；
S42、ICP-RIE中使用CF4刻蚀介质钝化层1形成栅槽4，刻蚀速率为20-30nm/min，刻蚀时间5-8min；本步骤后得到的器件结构如图3所示；
S43、ICP-RIE中采用Cl2和BCl3刻蚀介质钝化层1下方的AlGaN/GaN外延层形成加强槽5，刻蚀速率控制在5nm/min以下，刻蚀深度为5-10nm，须确保外延层厚度不得低于10nm；本步骤的加强槽5可以加强栅控能力，是否需要刻蚀外延层取决于目标栅长和栅到沟道距离之比，如果上述比例大于10，无需刻蚀外延层；本步骤后得到的器件结构如图4所示；
S44、采用浓度为10％的盐酸溶液清洗1-2min，去除底部氧化物。
S5、在晶体管表面上均匀涂抹负胶6，厚度2.0-2.5μm，对负胶6进行光刻形成栅帽线条，栅帽的宽度为0.8-1.5μm；本步骤后得到的器件结构如图5所示；
S6、蒸发栅金属并剥离形成栅极7，栅金属为Ni/Au，且Ni/Au＝40-60/400-600nm；采用NMP或丙酮溶液进行栅金属剥离，剥离时间为30-60min，本步骤后得到的器件结构如图6所示。
上述方案中，可以调整T型栅特征和尺寸的因素包括：高光感正胶2曝光显影之后的特征和尺寸、缩胶在缩胶之后的特征和尺寸、Si3N4介质刻蚀后的特征和尺寸。其中，制作0.3-0.5μm线条，只需调整高光感正胶2的特征和尺寸即可；制作0.2-0.3μm线条，需要调整高光感正胶2曝光显影之后的特征和尺寸，并且控制缩胶在缩胶之后的特征和尺寸；而制作0.1-0.2μm线条，需要综合调控上述所有要素。
以上所述实施例仅表示本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能理解为对本发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明保护范围。因此本发明的保护范围应该以所述权利要求为准。
Claims (8)
1.一种高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在晶体管表面生长Si3N4介质钝化层；
S2、在介质钝化层上均匀涂抹高光感正胶并进行烘烤；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光显影形成栅槽刻蚀窗口，并进行烘烤；
S4、刻蚀介质钝化层形成栅槽，并去除高光感正胶；
S5、在晶体管表面均匀涂抹负胶，对负胶进行光刻形成栅帽线条；
S6、蒸发栅金属并剥离形成栅极；
步骤S4具体包括：
S41、打底胶；
S42、使用CF4刻蚀介质钝化层形成栅槽；
S43、采用Cl2和BCl3刻蚀介质钝化层下方的外延层形成加强槽；
S44、采用浓度为10％的盐酸溶液清洗去除底部氧化物残留。
2.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤S4之前包括以下步骤：
A、在高光感正胶上均匀涂抹缩胶，并进行两次烘烤，使缩胶与光刻胶表面发生反应生成聚合物；
B、清洗去除多余缩胶，并进行烘烤。
3.根据权利要求1所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤S6中剥离时间为30-60min。
4.根据权利要求2所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤A中第一次烘烤的温度为80-90℃，时间为60-90s；第二次烘烤的温度为100-120℃，时间为60-90s；步骤B中烘烤的温度为110-120℃，时间为30-60s。
5.根据权利要求1-4任一权项所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述介质钝化层的厚度为
6.根据权利要求1-4任一权项所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中高光感正胶的厚度为0.4-0.7μm。
7.根据权利要求1-4任一权项所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤S2中采用100℃真空热板对晶体管进行烘烤，烘烤时间为70-100s。
8.根据权利要求1-4任一权项所述的高电子迁移率晶体管T型栅的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中的烘烤温度为110-130℃，烘烤时间为60-120s。
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