依靠光刻膠輔助形成y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到的是一種有助于提高亞微米、深亞微米柵長(zhǎng)二代三代半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件的高頻性能、噪聲性能的依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]對(duì)于微波毫米波場(chǎng)效應(yīng)管，提升其頻率特性的主要手段之一是減小器件柵長(zhǎng)以減小溝道電子渡越時(shí)間；國(guó)內(nèi)外小柵長(zhǎng)GaAs、InP HMET/PHEMT器件的開發(fā)已經(jīng)達(dá)到小于10nm的水平。對(duì)于如此小的柵長(zhǎng)，大大增加的柵電阻又成為制約器件性能的重要因素；為了解決小柵長(zhǎng)器件柵電阻大的問題，小柵長(zhǎng)器件普遍采用T型柵、Y型柵或者蘑菇柵的方案。
[0003]T型柵、Y型柵、蘑菇柵雖然克服了小柵長(zhǎng)器件柵電阻大的問題，但仍稱不上是一種完美的小柵長(zhǎng)柵方案，因?yàn)槠浯蟪叽绲臇琶币氲募纳娙輲?lái)器件頻率特性的下降；尤其是對(duì)于小柵長(zhǎng)器件來(lái)說(shuō)，其本征電容小、寄生電容相對(duì)較大，寄生電容成為影響器件頻率特性的顯著因素。
[0004]在柵帽金屬下形成介質(zhì)空洞是減小柵寄生電容的主要手段之一，因?yàn)橄鄬?duì)于SiN介質(zhì)電容，同樣尺寸的真空(空氣)介質(zhì)電容值約為前者的1/7。傳統(tǒng)的柵介質(zhì)空洞形成方法利用介質(zhì)淀積氣體在柵金屬下不同位置質(zhì)量輸運(yùn)速率不同，因而產(chǎn)生不同的生長(zhǎng)速率從而形成封堵空洞，如圖1所示，通過此途徑獲得的介質(zhì)空洞通常尺寸很小，因而對(duì)柵寄生電容的減小也是有限的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提出的是一種依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，增大Y型柵柵介質(zhì)空洞、甚至是完全空洞的工藝方法，提高器件尤其是小柵長(zhǎng)的頻率特性。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，包括如下步驟:
1)通過光刻工藝形成光刻膠對(duì)柵金屬條的覆蓋；
2)低溫生長(zhǎng)SiN介質(zhì)；
3)通過光刻、介質(zhì)刻蝕工藝對(duì)柵金屬條兩端頭進(jìn)行介質(zhì)開孔；
4)去犧牲層光刻膠形成Y型柵的介質(zhì)空洞；
5)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)封堵柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開孔。
[0007]依靠易腐蝕S1N介質(zhì)輔助的柵介質(zhì)空洞形成方法，相對(duì)于傳統(tǒng)的依賴于介質(zhì)淀積氣體質(zhì)量輸運(yùn)特性形成小尺寸柵介質(zhì)空洞，本專利提出的方法能夠?qū)崿F(xiàn)完全的柵介質(zhì)空洞。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本方法形成的柵金屬下介質(zhì)空洞更大，柵寄生電容減小更顯著，對(duì)于毫米波應(yīng)用的亞微米、深亞微米柵長(zhǎng)二代、三代半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件，采用本方法以減小器件柵寄生電容具有積極意義。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖Ι-a是采用傳統(tǒng)方法對(duì)Y型柵進(jìn)行SiN介質(zhì)鈍化時(shí)介質(zhì)生長(zhǎng)特點(diǎn)的示意圖形。
[0010]圖Ι-b是采用傳統(tǒng)方法對(duì)Y型柵進(jìn)行SiN介質(zhì)鈍化形成的小介質(zhì)空洞的示意圖。
[0011]圖2- a是通過光刻工藝形成光刻膠對(duì)柵條形成覆蓋的示意圖形(橫斷面)。
[0012]圖2_b是圖通過光刻工藝形成光刻膠對(duì)柵條形成覆蓋的示意圖形(俯視)。
[0013]圖3- a是生長(zhǎng)200nm低溫介質(zhì)后的示意圖形(橫斷面)。
[0014]圖3-b是生長(zhǎng)200nm低溫介質(zhì)后的示意圖形(俯視)。
[0015]圖4- a是通過光刻工藝形成介質(zhì)刻蝕掩膜的示意圖(橫斷面)。
[0016]圖4-b是通過光刻工藝形成介質(zhì)刻蝕掩膜的示意圖形(俯視)。
[0017]圖5- a是去膠完成后的示意圖(橫斷面)，柵介質(zhì)空洞形成。
[0018]圖5- b是去膠完成后的示意圖(俯視)，柵介質(zhì)空洞形成。
[0019]圖6是通過光刻工藝形成去膠輔助孔的示意圖形(俯視)。
[0020]圖7是光刻膠輔助形成柵介質(zhì)空洞方法中薄SiN介質(zhì)預(yù)鈍化的示意圖形(橫斷面)。
[0021]圖8是介質(zhì)輔助形成柵介質(zhì)空洞方法中薄SiN介質(zhì)預(yù)鈍化示意圖形(橫斷面)。
[0022]圖9是易腐蝕S1N介質(zhì)形成后的示意圖形(橫斷面)。
[0023]圖10- a是采用光刻工藝形成S1N介質(zhì)腐蝕掩膜的示意圖型(橫斷面)。
[0024]圖ΙΟ-b是采用光刻工藝形成S1N介質(zhì)腐蝕掩膜的示意圖形(俯視)。
[0025]圖11是腐蝕掉部分S1N介質(zhì)后的示意圖形(橫斷面)。
[0026]圖12是去除S1N介質(zhì)腐蝕掩膜光刻膠后的示意圖形(橫斷面)。
[0027]圖13是SiN (或BCB)介質(zhì)形成后的示意圖形(橫斷面)。
[0028]圖14- a是用于刻蝕SiN (或BCB)介質(zhì)的光刻膠掩膜示意圖形(橫斷面)。
[0029]圖14-b是用于刻蝕SiN (或BCB)介質(zhì)的光刻膠掩膜示意圖形(俯視)。
[0030]圖15是腐蝕掉S1N介質(zhì)的示意圖形(橫斷面)，柵介質(zhì)空洞形成。
[0031]圖16是通過光刻工藝形成腐蝕S1N輔助孔的示意圖形(俯視圖)。
【具體實(shí)施方式】
[0032]依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，包括以下五個(gè)步驟:
I)柵金屬化之后，涂覆光刻膠，進(jìn)行圖形光刻和顯影，形成如圖2- a、圖2-b所示的輔助光刻膠圖形、形成對(duì)柵金屬條的覆蓋201。
[0033]2)低溫生長(zhǎng)SiN介質(zhì)200nm，如圖3_ a、圖3_b所示；介質(zhì)生長(zhǎng)溫度要低(采用ICP — PECVD，60°C)，否則光刻膠受熱變形甚至流淌；介質(zhì)厚度不能太小，否則很容易在后續(xù)去膠工藝中破碎。
[0034]3)光刻形成如圖4- a、4_b所示的光刻膠掩膜圖形(用于介質(zhì)刻蝕)(401、402);進(jìn)行SiN介質(zhì)刻蝕，經(jīng)過介質(zhì)刻蝕以后，下層輔助光刻膠在柵金屬條的兩端頭暴露出來(lái)。
[0035]4) 二甲基甲酰胺(DMF)浸泡去膠；去膠過程中可以適當(dāng)對(duì)DMF加熱升溫以促進(jìn)去膠但不可超聲否則介質(zhì)易破裂。去膠后圖形如圖5- a、圖5- b所示，此時(shí)介質(zhì)空洞501形成。
[0036]5)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)對(duì)柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行封堵。
[0037]所述步驟4)中的去膠會(huì)比較困難，尤其是對(duì)于較長(zhǎng)柵金屬條的情況，因?yàn)槿軇┑慕粨Q只能通過柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行，針對(duì)這個(gè)問題，本專利提出a、b兩種輔助去膠措施；其中
a在第3步的光刻膠掩膜圖形中加入圖6所示的輔助孔601 ;在后續(xù)的介質(zhì)刻蝕工藝中這些輔助孔被復(fù)制到介質(zhì)上、形成輔助介質(zhì)孔，這將有利于溶劑交換促進(jìn)去膠。輔助孔尺寸不宜過大，否則給第5步的介質(zhì)開口封堵造成困難；
b:采用氧等離子體灰化去膠；為了減小氧等離子體處理過程對(duì)器件表面的影響，可以在第I步之前生長(zhǎng)一層薄(10-20nm) SiN介質(zhì)進(jìn)行表面鈍化、保護(hù)，如圖7所示。
[0038]依靠易腐蝕S1N介質(zhì)輔助的柵介質(zhì)空洞形成方法，包括如下步驟:
1)柵金屬化后生長(zhǎng)一層薄SiN介質(zhì)(801)進(jìn)行器件表面的鈍化、保護(hù)；
2)生長(zhǎng)厚(厚度大于柵高度)S1N易腐蝕介質(zhì)(901);調(diào)整介質(zhì)生長(zhǎng)的工藝條件使得此步驟生長(zhǎng)的S1N介質(zhì)易被氫氟酸溶液溶解掉；生長(zhǎng)完S1N介質(zhì)后圖形如圖9所示；
3)通過光刻工藝形成如圖10-a、10-b所示的光刻膠掩膜圖形(1001、1002)。
[0039]4)用氫氟酸溶液腐蝕S1N介質(zhì)，腐蝕完成后形貌如圖11所示；然后去光刻膠有機(jī)溶劑(丙酮)浸泡或者氧等離子灰化皆可，去膠后形貌如圖12所示，1201為S1N介質(zhì)。
[0040]5)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)或者旋涂BCB、烘烤固化；如圖13所示，1301為SiN或BCB介質(zhì)。
[0041]6)通過光刻工藝形成圖14- a、14_b所示的光刻膠掩膜(1401);進(jìn)行SiN或BCB介質(zhì)刻蝕，經(jīng)過介質(zhì)刻蝕以后，下層輔助介質(zhì)S1N在柵金屬條的兩端頭暴露出來(lái)。
[0042]7)用氫氟酸溶液對(duì)S1N介質(zhì)進(jìn)行腐蝕溶解；覆蓋柵金屬條的S1N介質(zhì)全部溶解的圖形如圖15所示，此時(shí)介質(zhì)空洞(1501)形成。
[0043]8)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)對(duì)柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行封堵。
[0044]類似于光刻膠輔助的介質(zhì)空洞形成方法步驟4)，介質(zhì)輔助的介質(zhì)空洞形成方法步驟7)中的介質(zhì)腐蝕會(huì)比較困難，尤其是對(duì)于較長(zhǎng)柵金屬條的情況，因?yàn)槿軇┑慕粨Q只能通過柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行，針對(duì)這個(gè)問題，可以在第6步的光刻膠掩膜圖形中加入圖16所示的輔助孔(1601);在后續(xù)的介質(zhì)刻蝕工藝中這些輔助孔被復(fù)制到介質(zhì)上，形成輔助介質(zhì)孔，這將有利于氫氟酸溶液交換促進(jìn)其對(duì)輔助介質(zhì)的溶解；輔助孔尺寸不宜過大，否則給第8步的介質(zhì)開口封堵造成困難。
[0045]形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞以減小柵寄生電容的工藝方法，對(duì)于提高亞微米、深亞微米柵長(zhǎng)二代三代半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件的高頻性能、噪聲性能很有幫助。在微波毫米波應(yīng)用中，不斷減小器件柵長(zhǎng)以減小柵電容是提高其高頻性能、噪聲性能的重要手段；而對(duì)于亞微米、深亞微米柵長(zhǎng)器件，其柵寄生電容對(duì)柵電容的貢獻(xiàn)變得十分顯著，通過合適的工藝手段形成柵金屬介質(zhì)空洞以減小柵寄生電容對(duì)于提高器件性能的有效手段。本發(fā)明提出的柵介質(zhì)空洞形成方法具有介質(zhì)空洞尺寸更大、柵寄生電容減小更顯著的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于提高微波毫米波器件相關(guān)性能頗具應(yīng)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，其特征是包括以下步驟: 1)柵金屬化之后，涂覆光刻膠，進(jìn)行圖形光刻和顯影； 2)低溫生長(zhǎng)SiN介質(zhì)； 3)光刻膠掩膜圖形； 4)有機(jī)溶劑浸泡去膠； 5)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)對(duì)柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行封堵。
2.如權(quán)利要求1所述的依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，其特征是所述步驟4)去膠有a、b兩種輔助措施，其中: a在第3步的光刻膠掩膜圖形中加入圖6所示的輔助孔(601);在后續(xù)的介質(zhì)刻蝕工藝中這些輔助孔被復(fù)制到介質(zhì)上、形成輔助介質(zhì)孔，這將有利于溶劑交換促進(jìn)去膠； b采用氧等離子體灰化去膠，為了減小氧等離子體處理過程對(duì)器件表面的影響，可在步驟I)之前生長(zhǎng)一層厚度10-20nm的SiN介質(zhì)進(jìn)行表面鈍化、保護(hù)，如圖7所示。
3.依靠易腐蝕S1N介質(zhì)輔助的柵介質(zhì)空洞形成方法，其特征包括如下步驟: 1)柵金屬化后生長(zhǎng)一層SiN介質(zhì)(801)進(jìn)行器件表面的鈍化、保護(hù)； 2)生長(zhǎng)厚度大于柵高度S1N易腐蝕介質(zhì)(901);調(diào)整介質(zhì)生長(zhǎng)的工藝條件使得此步驟生長(zhǎng)的S1N介質(zhì)易被氫氟酸溶液溶解掉； 3)通過光刻工藝形成光刻膠掩膜圖形； 4)用氫氟酸溶液腐蝕S1N介質(zhì)； 5)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)或者旋涂BCB、烘烤固化； 6)通過光刻工藝形成光刻膠掩膜；進(jìn)行SiN或BCB介質(zhì)刻蝕，經(jīng)過介質(zhì)刻蝕以后，下層輔助介質(zhì)S1N在柵金屬條的兩端頭暴露出來(lái)； 7)用氫氟酸溶液對(duì)S1N介質(zhì)進(jìn)行腐蝕溶解； 8)生長(zhǎng)SiN介質(zhì)對(duì)柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開口進(jìn)行封堵。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的依靠易腐蝕S1N介質(zhì)輔助的柵介質(zhì)空洞形成方法，其特征是所述的步驟6)的光刻膠掩膜圖形中加入輔助孔；在后續(xù)的介質(zhì)刻蝕工藝中這些輔助孔被復(fù)制到介質(zhì)上，形成輔助介質(zhì)孔。
【專利摘要】本發(fā)明是依靠光刻膠輔助形成Y型柵金屬介質(zhì)空洞的方法，包括如下步驟：1）通過光刻工藝形成光刻膠對(duì)Y型柵金屬條的覆蓋；2）低溫生長(zhǎng)SiN介質(zhì)；3）通過光刻、介質(zhì)刻蝕工藝對(duì)柵金屬條兩端頭進(jìn)行介質(zhì)開孔；4）去犧牲層光刻膠形成Y型柵的介質(zhì)空洞；5）生長(zhǎng)SiN介質(zhì)封堵柵金屬條兩端頭的介質(zhì)開孔。優(yōu)點(diǎn)：本方法形成的柵金屬下介質(zhì)空洞更大，柵寄生電容減小更顯著，對(duì)于毫米波應(yīng)用的亞微米、深亞微米柵長(zhǎng)二代、三代半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)器件，采用本方法以減小器件柵寄生電容具有積極意義。
【IPC分類】H01L21-28
【公開號(hào)】CN104867825
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510161529
【發(fā)明人】韓克鋒
【申請(qǐng)人】中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十五研究所
【公開日】2015年8月26日
【申請(qǐng)日】2015年4月8日