一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域；步驟為：對襯底材料進(jìn)行清洗，利用熱氧設(shè)備生長氧化物介質(zhì)層；在氧化物介質(zhì)層上設(shè)置頂部介質(zhì)層；懸涂第一光刻膠，烘烤、曝光、顯影；采用等離子體進(jìn)行干法過刻蝕；清洗去除第一光刻膠；懸涂第二光刻膠，進(jìn)行烘烤；懸涂第三光刻膠，進(jìn)行烘烤；對已經(jīng)得到的樣品進(jìn)行曝光、顯影；蒸發(fā)柵金屬；剝離第一光刻膠和第二光刻膠；簡單方便，能實(shí)現(xiàn)刻蝕自動終止，阻擋刻蝕過程中對GaN的刻蝕損傷。
【專利說明】
一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制造技術(shù)領(lǐng)域?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]GaN(氮化鎵)材料作為第三代半導(dǎo)體的代表，是繼S1、GaAs材料之后的一種重要半導(dǎo)體材料，由于具有大禁帶寬度、高臨界場強(qiáng)以及耐高溫抗輻照等優(yōu)良特性，受到人們的廣泛關(guān)注。GaN基高電子迀移率場效應(yīng)晶體管(HEMT)在微波及毫米波領(lǐng)域所展示優(yōu)異性能，得到廣泛而深入的研究。
[0003]在GaN基HEMT(高電子迀移率晶體管)器件的制造工藝過程中，納米柵工藝是關(guān)鍵技術(shù)之一，直接影響著器件的頻率和功率性能。隨著柵長減小，柵電阻增大，柵電阻帶來的微波損耗嚴(yán)重影響了器件的增益。因此，當(dāng)柵長縮減至〇.5wii以下時(shí)需在柵金屬頂部構(gòu)造一個大的金屬界面，也就是T型柵。納米T柵中柵長的大小決定了 HEMT器件的頻率、噪聲等特性，柵長越小，器件的電流截止頻率(/V)和功率增益截止頻率(/max)越高，器件噪聲系數(shù)也越小。
[0004]目前國內(nèi)外廣泛報(bào)道和使用的納米T型柵主要是通過PMMA/PMGI/PMMA或者 ZEP520A/PMGI/ZEP520A等三層電子束光刻膠，通過電子束曝光實(shí)現(xiàn)的。該工藝需在完成歐姆接觸合金之后進(jìn)行，隨著器件頻率特性的提升，器件源漏間距逐漸縮小。源漏間距減小一方面增大了電子束光刻膠的厚度，由于電子束曝光過程中的前散射和背散射效應(yīng)，影響了曝光和顯影，增大了制備納米T柵的難度，另一方面，源漏金屬會對電子束曝光產(chǎn)生干擾，影響了納米T柵的制備。因此，該方法很難實(shí)現(xiàn)小尺寸的納米T柵。
[0005]介質(zhì)柵工藝可以在源漏合金前進(jìn)行柵跟的直寫刻蝕，能夠有效抑制前散射和背散射效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)小尺寸的納米T柵，但該方法依然存在不足之處。柵跟一般采用反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)設(shè)備，利用氟(F)基等離子體刻蝕得到，由于該過程無法精確控制刻蝕至GaN表面，大多采用過刻蝕的辦法，進(jìn)而會引入刻蝕損傷。盡管刻蝕損傷可通過高溫退火工藝進(jìn)行修復(fù)，但高溫退火會增大器件的歐姆接觸電阻，影響器件性能。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，簡單方便，能實(shí)現(xiàn)刻蝕自動終止，阻擋刻蝕過程中對襯底材料的刻蝕損傷。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:該方法包括:(1)對做完源漏歐姆接觸的襯底材料進(jìn)行清洗，利用熱氧設(shè)備生長氧化物介質(zhì)層；(2)在氧化物介質(zhì)層上設(shè)置頂部介質(zhì)層；(3)懸涂第一層光刻膠，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影，實(shí)現(xiàn)納米尺度柵跟；(4)基于刻蝕設(shè)備，采用等離子體進(jìn)行干法過刻蝕；(5)清洗去除第一層光刻膠；(6)懸涂第二層光刻膠，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影；(7)沉積得到柵金屬；(8)剝離第二層光刻膠。
[0008]作為優(yōu)選，熱養(yǎng)設(shè)備為原子層沉積設(shè)備。[00〇9]作為優(yōu)選，氧化物介質(zhì)層為Al2〇3,厚度為1-100 nm。[0〇1〇]作為優(yōu)選，頂部介質(zhì)層為SiN介質(zhì)，厚度為1-500 nm。
[0011]作為優(yōu)選，烘烤溫度為180°C，在180°C恒溫條件下烘烤2分鐘。[〇〇12]作為優(yōu)選，第一層光刻膠為ZEP520(中文名)。
[0013]作為優(yōu)選，第二層光刻膠為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0014]作為優(yōu)選，等離子體為氟(F)基等離子體。[0〇15]作為優(yōu)選，襯底材料為GaN(氮化鎵)材料。[〇〇16]作為優(yōu)選，在步驟(6)和步驟(7)之間增加步驟A:懸涂第三層光刻膠，并進(jìn)行烘烤、 曝光、顯影。
[0017]采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于:本發(fā)明方法簡單，操作方便，在柵跟介質(zhì)層和GaN中間插入一薄氧化物介質(zhì)層，氧化物介質(zhì)層不被氟(F)基等離子體刻蝕，能實(shí)現(xiàn)刻蝕自動終止，阻擋刻蝕過程中對GaN的刻蝕損傷，從而省略高溫退火修復(fù)工藝?！靖綀D說明】[〇〇18]圖1是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟1的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟2的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟3的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟4的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟5-A的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟6的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟7的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例1中步驟8的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:1、襯底材料；2、氧化物介質(zhì)層；3、頂部介質(zhì)層;4、第一光刻膠；5、第二光刻膠;6、第三光刻膠;7、柵金屬?！揪唧w實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
[0021]如圖1-8所示，為本發(fā)明一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法的一個實(shí)施例，該方法包括:(1)對做完源漏歐姆接觸的襯底材料1進(jìn)行清洗，利用熱氧設(shè)備生長氧化物介質(zhì)層2;(2)在氧化物介質(zhì)層2上設(shè)置頂部介質(zhì)層3;(3)懸涂第一層光刻膠4，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影，實(shí)現(xiàn)納米尺度柵跟；(4)基于刻蝕設(shè)備，采用等離子體進(jìn)行干法過刻蝕；(5)清洗去除第一層光刻膠4;(6)懸涂第二層光刻膠5，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影；A:懸涂第三層光刻膠6，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影。[〇〇22]可以只涂第二層光刻膠5，然后得到T形柵，也可以懸涂第二層光刻膠5和第三層光刻膠6,兩層光刻膠共同得到T形柵。[〇〇23](8)采用電子束蒸發(fā)設(shè)備沉積得到柵金屬7;(9)剝離第二層光刻膠和第三層光刻膠；本發(fā)明基于介質(zhì)柵工藝，在外延?xùn)鸥橘|(zhì)層前預(yù)先生長氧化物介質(zhì)層，由于氧化物介質(zhì)層不被等離子體刻蝕，可實(shí)現(xiàn)刻蝕終止。氧化物介質(zhì)層可以阻擋刻蝕過程中等離子體對 GaN的刻蝕損傷，從而省略高溫退火修復(fù)工藝；此外，氧化物介質(zhì)層如Al2〇3和Y2〇3對GaN HEMT器件的電流崩塌有很好地抑制作用。
[0024]作為優(yōu)選，熱養(yǎng)設(shè)備為原子層沉積設(shè)備(ALD)，熱氧設(shè)備不定，可以根據(jù)需要選擇， 氧化物介質(zhì)層2的生成也可以用濺射的方法實(shí)現(xiàn)。[0〇25]作為優(yōu)選，氧化物介質(zhì)層2為AI2O3,厚度為1-100 nm，氧化物介質(zhì)層2材料不定，可以根據(jù)需要選擇，可是Y2O3、Ti02、Si02、Zr02或Hf 02等其他氧化物。[0〇26]作為優(yōu)選，頂部介質(zhì)層3為SiN介質(zhì)，厚度為1-500 nm，頂部介質(zhì)層3材料不定，可以為A1N等介質(zhì)。
[0027]作為優(yōu)選，烘烤溫度為180°C，在180°C恒溫條件下烘烤2分鐘。[〇〇28]作為優(yōu)選，第一層光刻膠4為ZEP520，ZEP520是目前使用廣泛的電子抗蝕劑之一， 第一層光刻膠4也可以根據(jù)需要選擇，不限于ZEP系列光刻膠，也可以是其他電子束光刻膠。 [〇〇29]作為優(yōu)選，第二層光刻膠5為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，第三層光刻膠6為聚二甲基戊二酰亞胺(PMGI)，頂層的第二層光刻膠5和第三光刻膠6不限于PMMA/PMGI組合，亦可是其他利于剝離的光刻膠組合，或者三層及以上光刻膠組合實(shí)現(xiàn)TT柵，第二層光刻膠5可以與第一層光刻膠4所用膠體相同，但是第二層光刻膠5與第三層光刻膠6之間為不同性質(zhì)的膠體。
[0030]作為優(yōu)選，等離子體為氟(F)基等離子體，等離子體也不固定可以根據(jù)需要選擇。 [〇〇31] 襯底材料(1)為GaN(氮化鎵)材料。
[0032] 本發(fā)明也可以在做源漏歐姆接觸之前，通過沉積SiN/Al203介質(zhì)，刻蝕實(shí)現(xiàn)柵跟，而后刻蝕源漏區(qū)域，通過電子束蒸發(fā)剝離和高溫合金工藝實(shí)現(xiàn)源漏歐姆接觸。這樣可以大幅減小源漏歐姆接觸金屬對柵跟曝光的影響，可進(jìn)一步縮小柵長。[〇〇33] 實(shí)施例1:(1)如圖1所示，對做完源漏歐姆接觸的GaN襯底材料進(jìn)行清洗，利用原子層沉積設(shè)備 (ALD)生長Al2〇3氧化物介質(zhì)層，其厚度為1-100 nm范圍；(2)如圖2所示，在上述樣品上采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)設(shè)備或低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)設(shè)備生長SiN介質(zhì)層，其厚度為1-500 nm范圍；(3)如圖3所示，在上述樣品上懸涂ZEP光刻膠，并在180°C恒溫條件下烘烤2分鐘，隨后利用電子束曝光系統(tǒng)進(jìn)行曝光，顯影實(shí)現(xiàn)納米尺度柵跟；(4)如圖4所示，基于電感耦合等離子體刻蝕(ICP)設(shè)備或反應(yīng)離子刻蝕設(shè)備(RIE)設(shè)備，采用氟(F)基等離子體進(jìn)行干法過刻蝕，實(shí)現(xiàn)介質(zhì)柵跟，由于F基等離子體無法刻蝕Al2〇3 介質(zhì)層，因此刻蝕會在AI2O3介質(zhì)層表面終止；(5)如圖5所示，對上述樣品進(jìn)行清洗去除光刻膠，而后懸涂PMMA光刻膠，并在180°C恒溫條件下烘烤2分鐘；A:隨后懸涂PMGI光刻膠，并在180 °C恒溫條件下烘烤2分鐘；(6)如圖6所示，對上述樣品采用電子束曝光系統(tǒng)進(jìn)行曝光并顯影，實(shí)現(xiàn)納米尺度T型柵；(7)如圖7所示，采用電子束蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)沉積柵金屬；(8)如圖8所示，剝離后得到納米尺度T型金屬柵。[〇〇34]采用上述技術(shù)方案后，方法簡單，操作方便，在柵跟介質(zhì)層和GaN中間插入一薄氧化物介質(zhì)層，氧化物介質(zhì)層不被氟(F)基等離子體刻蝕，能實(shí)現(xiàn)刻蝕自動終止，阻擋刻蝕過程中對GaN的刻蝕損傷，從而省略高溫退火修復(fù)工藝。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于:該方法包括:(1)對做完源漏歐姆接觸的襯底材料(1)進(jìn)行清洗，利用熱氧設(shè)備生長氧化物介質(zhì)層(2)；(2)在氧化物介質(zhì)層(2)上設(shè)置頂部介質(zhì)層(3);(3)懸涂第一層光刻膠(4)，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影，實(shí)現(xiàn)納米尺度柵跟；(4)基于刻蝕設(shè)備，采用等離子體進(jìn)行干法過刻蝕；(5)清洗去除第一層光刻膠(4);(6)懸涂第二層光刻膠(5)，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影；(7)沉積得到柵金屬(7);(8)剝離第二層光刻膠(5)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述熱養(yǎng)設(shè)備為原子層沉積設(shè)備(ALD)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述氧化物介質(zhì)層(2)為AI2O3,厚度為1-100 nm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述頂部介質(zhì)層(3)為SiN介質(zhì)，厚度為1-500 nm〇5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述烘烤溫度為180°C，在180°C恒溫條件下烘烤2分鐘。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述第一層光刻膠(4)為ZEP520。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述第二層光刻膠(5)為聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述等離子體為氟(H基等離子體。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述襯底材料(1)為GaN(氮化鎵)材料。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于納米柵制備的無損傷自終止刻蝕方法，其特征在于 所述在步驟(6)和步驟(7)之間增加步驟A:懸涂第三層光刻膠(6)，并進(jìn)行烘烤、曝光、顯影。
【文檔編號】H01L21/335GK105977147SQ201610608427
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年7月29日
【發(fā)明人】呂元杰, 譚鑫, 王元剛, 宋旭波, 郭紅雨, 馮志紅
【申請人】中國電子科技集團(tuán)公司第十三研究所