CN108172512A - 一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的t型栅制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，包括如下步骤：S1、在晶体管表面生长Si3N4介质层；S2、在Si3N4介质层上均匀涂抹高光感正胶并进行前烘；S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光并经显影形成刻蚀窗口；S4、对高光感正胶进行烘烤，形成侧壁倾斜的刻蚀窗口；S5、在ICP‑RIE中使用CF4和O2从侧壁倾斜的刻蚀窗口刻蚀Si3N4介质层形成氮化硅介质槽，随后去除高光感正胶；射频功率设置为50‑80W，偏置功率设置为8‑12W，腔体压力为3‑5mT，CF4与O2的比例为5:1‑8:1，刻蚀速率为20‑30nm/min，刻蚀时间5‑8min，过刻蚀不超过20％；S6、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；S7、蒸发栅金属并剥离形成T型栅。本发明能有效提升器件击穿电压和可靠性。
Description
技术领域
本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法。
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。
减小器件栅长是提高器件工作频率最简单有效的方法，然而栅长减小会导致栅电阻增大，从而削弱器件特征频率的提升。为了解决上述矛盾，当前的做法主要是采用T型栅技术，通过栅脚来定义栅长，栅脚可以做到很小的尺寸；同时加宽栅帽尺寸，减小栅电阻。对于GaN HEMT而言，在制作栅电极之前通常会生长一层氮化硅介质，用于保护器件表面，因此，在制作T型栅时往往通过刻蚀氮化硅介质来定义栅脚。典型的氮化硅介质刻蚀之后的剖面角度接近90°，这个角度不利于栅金属的填充，容易形成空洞，从而降低晶体管的可靠性；也不利于缓解等电势线的聚集，从而影响器件击穿电压的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，该方法很好地解决了氮化硅介质槽角度不利于填充、容易形成孔洞的问题。
为达到上述要求，本发明提供一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，包括如下步骤：
S1、在晶体管表面生长Si3N4介质层；
S2、在Si3N4介质层上均匀涂抹高光感正胶并进行前烘；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光并经显影形成刻蚀窗口；
S4、对高光感正胶进行烘烤，形成侧壁倾斜的刻蚀窗口；
S5、在ICP-RIE设备中使用CF4和O2从侧壁倾斜的刻蚀窗口刻蚀Si3N4介质层形成氮化硅介质槽，并去除高光感正胶；射频功率设置为50-80W，偏置功率设置为8-12W，腔体压力为3-5mT，CF4与O2的比例为5:1-8:1，刻蚀速率为20-30nm/min，刻蚀时间5-8min，过刻蚀不超过20％；
S6、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；
S7、蒸发栅金属并剥离形成T型栅。
与现有技术相比，本发明具有的优点是：步骤S4采用回流烘胶技术增大了刻蚀窗口的倾斜度，同时采用ICP-RIE设备，充分利用其各项异性刻蚀的特点，使刻蚀过程沿着光刻胶窗口的倾斜角度延伸，在氮化硅介质槽中形成较大倾斜角度，便于栅金属的填充，不易形成空洞，有效提升器件击穿电压和可靠性。
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1-7为本发明各步骤形成的器件结构示意图；
图8为本发明的制作步骤示意图；
图9为本发明步骤S5的电镜图。
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，且该器件已完成源漏电极和隔离工艺。其T型栅的制作方法如图8所示，包括以下步骤：
S1、通过PECVD在晶体管表面生长Si3N4介质层，Si3N4介质层的厚度为用于钝化和保护表面；
S2、在Si3N4介质层上均匀涂抹一层厚度为0.65μm的高光感正胶，并采用100℃真空热板对晶体管进行前烘，烘烤时间为90s；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光显影形成刻蚀窗口1，采用步进式光刻机可以稳定制作出最小线宽为0.4μm的细线条，此时晶圆未经回流烘胶工艺处理，刻蚀窗口1侧壁角度比较接近90°；本步骤后得到的器件结构如图1所示；
S4、对高光感正胶进行烘烤，形成侧壁倾斜角度约为55°的刻蚀窗口1；本步骤后得到的器件结构如图2所示；
本步骤采用回流烘胶技术，可以采用真空热板进行烘烤，热板温度为135℃，烘烤时间为3min；也可以采用氮气烘箱进行烘烤，氮气烘箱温度为135℃，烘烤时间为30min；
S5、在ICP-RIE设备中使用CF4和O2从侧壁倾斜的刻蚀窗口1刻蚀Si3N4介质层，使刻蚀过程沿着光刻胶窗口的倾斜角度延伸，形成较大倾斜角度的氮化硅介质槽2，器件结构如图3所示，其电镜图如图9所示，氮化硅介质槽2的底部宽度为439nm，侧壁的倾斜角度约为45°；控制CF4流量为30sccm，O2流量为5sccm，射频功率设置为50W，偏置功率设置为10W，腔体压力为3mT，刻蚀速率为20nm/min，刻蚀时间5-8min，过刻蚀时间不超过20％；随后去除光刻胶掩膜并采用浓度为10％的盐酸溶液清洗晶圆，清洗时间为60s，得到的器件结构如图4所示；
S6、在晶体管表面均匀涂抹一层厚度2.0-2.5μm的负胶，对负胶进行光刻形成栅帽线条3，栅帽线条3的宽度为1.0-1.5μm；本步骤得到的器件结构如图5所示；然后采用浓度为10％的盐酸溶液清洗晶圆，清洗时间为60s；
S7、蒸发栅金属形成栅极4，金属为Ni/Au，且Ni/Au＝50/500nm，得到的器件结构如图6所示；采用NMP或丙酮溶液进行栅金属剥离，剥离时间为30-60min，得到的器件结构如图7所示。
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 (7)
1.一种增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在晶体管表面生长Si3N4介质层；
S2、在Si3N4介质层上均匀涂抹高光感正胶并进行前烘；
S3、采用步进式曝光方式对高光感正胶进行曝光并经显影形成刻蚀窗口；
S4、对高光感正胶进行烘烤，形成侧壁倾斜的刻蚀窗口；
S5、在ICP-RIE设备中使用CF4和O2从侧壁倾斜的刻蚀窗口刻蚀Si3N4介质层形成氮化硅介质槽，并去除高光感正胶；射频功率设置为50-80W，偏置功率设置为8-12W，腔体压力为3-5mT，CF4与O2的比例为5:1-8:1，刻蚀速率为20-30nm/min，刻蚀时间5-8min，过刻蚀不超过20％；
S6、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；
S7、蒸发栅金属并剥离形成T型栅。
2.根据权利要求1所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述步骤S4中采用真空热板进行烘烤，热板温度为130-140℃，烘烤时间为2-3min。
3.根据权利要求1所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述步骤S4中采用氮气烘箱进行烘烤，氮气烘箱温度为130-140℃，烘烤时间为25-35min。
4.根据权利要求1所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述步骤S4中刻蚀窗口的倾斜角度为55-60°。
5.根据权利要求1-4任一权项所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述Si3N4介质层的厚度为
6.根据权利要求1-4任一权项所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述步骤S2中高光感正胶的厚度为0.5-0.7μm。
7.根据权利要求1-4任一权项所述的增大氮化硅介质槽倾斜角度的T型栅制作方法，其特征在于，所述步骤S2中采用100℃真空热板对晶体管进行前烘，烘烤时间为70-100s。
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