CN100411103C - 高电子迁移率晶体管电路t型栅制作方法 - Google Patents

高电子迁移率晶体管电路t型栅制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及超高速微电子器件技术领域，高电子迁移率晶体管(HEMT)电路T型栅制作方法。方法步骤：取原始基片，进行清洗，做标记，制作隔离岛、源漏金属蒸发、剥离、合金工艺；对基片进行清洗；涂PMMA胶；涂胶后立即烘烤；取出基片；涂胶后立即烘烤；将涂胶后的基片送电子束曝光；对曝光后的基片上层PMMA胶显影、定影；吹干；该方法兼有现有技术两种T型栅制作方法的优点，同时回避了各自的缺点，使小栅长制作工艺更简单易行，工艺上更容易实现，有利于提高成品率，降低生产成本。

Description

高电子迁移率晶体管电路T型栅制作方法
技术领域
本发明涉及超高速微电子器件技术领域，特别是一种高电子迁移率晶体管(HEMT)电路T型栅制作方法。
背景技术
磷化铟(InP)基、砷化镓(GaAs)基化合物半导体材料不仅是优异的光电子材料，也是理想的超高速微电子材料，在光通信和卫星通信、移动通信、空间能源有广阔的应用。目前，国际上采用纳米栅技术已研制出最高振荡频率(fmax)最高为600GHz的磷化铟(InP)基高电子迁移率晶体管(HEMT)，成为工作速度最快的三端器件，磷化铟(InP)基异质结晶体管(HBT)的fmax也已达到250GHz，是下一代高速光通信系统发射模块驱动电路、接收模块放大电路的理想器件。
磷化铟(InP)基赝配高电子迁移率晶体管(PHEMT)器件的高频性能直接与器件的加工工艺紧密相关。尤其栅线条的制作对器件截止频率起决定性作用。栅长越小，栅电阻越低，则器件的截止频率越高。减小栅长与降低栅电阻是一对矛盾。当栅长达到0.2微米或更短时，技术上采用T型栅或V型栅，使得小栅长与低栅电阻得到兼顾。近年来国际上发表了在砷化镓(GaAs)  或磷化铟(InP)衬底上涂三层电子束胶PMMA/PMMA-MAA/PMMA进行一次电子束曝光，使用不同显影速率的显影液进行显影和在砷化镓(GaAs)或磷化铟(InP)基片上淀积SiO2或Si3N4再涂三层胶ZEP/PMGI/ZEP电子束曝光后分步显影，蒸发金属后剥离形成T型栅。
但以上两种制作T型栅的方法有各自的优点，但电子束一次光刻PMMA/PMMA-MAA/PMMA分步显影工艺，通过不同层光刻胶的灵敏度不同，控制显影时间，达到形成屋檐式胶图形的目的。此方法对显影工艺要求苛刻，需严格控制各层的显影时间，才能得到需要的形貌。ZEP/PMGI/ZEP三层胶工艺可控性强，但由于ZEP胶与衬底粘附性差，需在衬底上先上淀积SiO2或Si3N4再涂胶，增加了工艺步骤。
为解决减小栅长与降低栅电阻的矛盾，当栅长达到0.2微米或更短时，技术上通常采用T型栅。常规的T型栅制作在应用中存在可控性差或工艺复杂等问题，需要进行改进。涂PMMA/PMMA-MAA/PMMA三层胶使用不同显影速率的显影液进行显影方法，显影液对各层都有作用但显影速率不同，因此要严格控制显影时间。利用基片上淀积SiO2或Si3N4再涂三层胶ZEP/PMGI/ZEP电子束曝光后分步显影，需进行介质膜淀积，显影后要进行介质刻蚀，增加了工艺步骤。
发明内容
本发明的目的是提供一种T型栅制作方法兼有现有技术两种方法的优点，同时回避了各自的缺点，使小栅长制作工艺更简单易行，工艺上更容易实现，有利于提高成品率，降低生产成本。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种高电子迁移率晶体管电路T型栅制作方法，其包括下列步骤：
1、取原始基片，进行清洗，做标记，制作隔离岛、源漏金属蒸发、
剥离、合金等工艺，完成栅光刻前的全部工艺步骤；
2、对基片进行清洗；
3、涂PMMA胶，要求胶的厚度与希望获得的栅脚高度一致；
4、涂胶后立即烘烤；
5、取出基片，冷却后涂PMGI胶，要求厚度稍大于栅帽的厚度；
6、涂胶后立即烘烤；
7、取出基片，冷却后涂PMMA胶；厚度以适合对应线条的光刻为宜；
8、涂胶后立即烘烤；
9、将涂胶后的基片送电子束曝光；
10、对曝光后的基片上层PMMA胶显影，显影后胶的窗口尺寸与要求的栅帽宽度尺寸一致；
11、将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干；
12、对中间的PMGI胶显影，显开的胶窗口大于栅帽宽度；
13、用水冲干净显影液，氮气吹干；
14、对曝光后的下层PMMA胶显影，显开的胶窗口与要求的栅脚长度；
15、将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干；
16、完成以上三步显影工艺后，获得所需的胶图形；
17、进行挖栅槽、栅金属蒸发、剥离的后续工艺，完成器件或电路
制作。
所述的制作方法，其所述(2)步对基片进行清洗，用丙酮、乙醇、水进行冲洗，再用氮气吹干，80-90℃烘3-5分钟。
所述的制作方法，其所述(4)、(8)步烘烤，是放入180℃-200℃烘箱烘20-30分钟。
所述的制作方法，其所述(6)步烘烤，是放入180℃-200℃烘箱烘6分钟。
所述的制作方法，其所述(9)步电子束曝光，剂量为450-500μC/mm2。
所述的制作方法，其所述(10)、(14)步中的显影，配用显影液MIBK∶IPA＝3∶1。
所述的制作方法，其所述(12)步中的显影，配用显影液TMAH∶H2O＝4∶1。
本发明的方法可控性强，使用的光刻胶为商业化的胶，显影液是常规的化学试剂，实验方法简单实用。我们的科研工作实验证明，本方法可操作性强，实际效果好，有着极好的应用前景。
本发明的方法从改变各层胶的感光性质和考虑简化工艺步骤两个角度出发，在不增加工艺步骤的前提下，保证工艺质量，获得良好的便于剥离三层胶图形，为形成良好的小尺寸T形栅提供保证。
(1)由于显影液MIBK∶IPA对PMGI胶完全不作用，因此进行上层胶显影时，中间层胶不受影响。
(2)显影液TMAH∶H2O＝4∶1对PMMA胶完全不作用，因此对中间PMGI胶显影时，上、下层的PMMA胶完全不受影响，对下层的PMMA胶用显影液MIBK∶IPA显影时，对中间的PMGI胶图形不产生影响。
(3)PMMA胶与基片粘附性好，不需要淀积增加粘附性的介质层，简化了工艺步骤。
(4)PMMA胶容易剥离，便于蒸发栅金属后形成良好的T形栅。采用本发明的方法可达到以下预期效果：
(1)有利于实现T形栅制作工艺的简化，适合规模生产。
(2)工艺控制要求苛刻程度低，工艺重复性好。
(3)有利于提高成品率，降低加工成本。
本发明的方法实用于磷化铟(InP)基PHEMT、砷化镓(GaAs)基MHEMT、砷化镓(GaAs)基PHEMT的T形栅制作和其它需要形成图1所示胶图形的涂胶及显影工艺。
附图说明
图1为本发明的T型栅制作需要的光刻胶剖面图；
图2为本发明方法制作的栅长122纳米的HEMT器件照片。
具体实施方式
本发明的技术方案是：
1、取原始基片，进行清洗，做标记，制作隔离岛、源漏金属蒸发、剥离、合金等工艺，完成栅光刻前的全部工艺步骤。
2、对基片进行清洗，用丙酮、乙醇、水进行冲洗，再用氮气吹干，80-90℃烘3-5分钟。
3、涂PMMA胶，要求胶的厚度与希望获得的栅脚高度一致。
4、涂胶后立即放入180℃-200℃烘箱烘20-30分钟。
5、取出基片，冷却后涂PMGI胶，要求厚度稍大于栅帽的厚度。
6、涂胶后立即放入180℃-200℃烘箱烘6分钟。
7、取出基片，冷却后涂PMMA胶，厚度以适合对应线条的光刻为宜。
8、涂胶后立即放入180℃-200℃烘箱烘20-30分钟。
9、将涂胶后的基片送电子束曝光，要求剂量450-500μC/mm2。
10、配显影液MIBK∶IPA＝3∶1，对曝光后的基片上层PMMA胶显影，显影后胶的窗口尺寸与要求的栅帽宽度尺寸一致。
11、将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干。
12、配显影液TMAH∶H2O＝4∶1，对中间的PMGI胶显影，显开的胶窗口大于栅帽宽度。
13、用水冲干净显影液，氮气吹干。
14、用显影液MIBK∶IPA＝3∶1，对曝光后的下层PMMA胶显影，显开的胶窗口与要求的栅脚长度。
15、将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干。
16、完成以上三步显影工艺后，可获得如图1所示的胶图形。
17、进行挖栅槽、栅金属蒸发、剥离等后续工艺，完成器件或电路制作。
实施例：在中国科学院微电子中心的化合物半导体实验线上，进行了砷化镓(GaAs)基MHEMT和磷化铟(InP)基的器件制作，用本发明的方法进行了栅的曝光和显影，获得了栅长122纳米的T形栅，并获得了性能良好的器件。
图2是实际制作的器件照片。

Claims (5)

1. 一种高电子迁移率晶体管电路T型栅制作方法，其特征在于，包括下列步骤：
(1)取原始基片，进行清洗，做标记，制作隔离岛、源漏金属蒸发、剥离、合金工艺，完成栅光刻前的全部工艺步骤；
(2)对基片进行清洗；
(3)涂PMMA胶，要求胶的厚度与希望获得的栅脚高度一致；
(4)涂胶后立即烘烤；
(5)取出基片，冷却后涂PMGI胶，要求厚度稍大于栅帽的厚度；
(6)涂胶后立即烘烤；
(7)取出基片，冷却后涂PMMA胶；厚度以适合对应线条的光刻为宜；
(8)涂胶后立即烘烤；
(9)将涂胶后的基片送电子束曝光；
(10)配显影液MIBK∶IPA＝3∶1，对曝光后的基片上层PMMA胶显影，显影后胶的窗口尺寸与要求的栅帽宽度尺寸一致；
(11)将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干；
(12)配显影液TMAH∶H2O＝4∶1，对中间的PMGI胶显影，显开的胶窗口大于栅帽宽度；
(13)用水冲干净显影液，氮气吹干；
(14)用显影液MIBK∶IPA＝3∶1，对曝光后的下层PMMA胶显影，显开的胶窗口与要求的栅脚长度；
(15)将显影后的基片立即放入IPA中定影，用氮气吹干；
(16)完成以上三步显影工艺后，获得所需的胶图形；
(17)进行挖栅槽、栅金属蒸发、剥离的后续工艺，完成器件或电路制作。
2. 如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述(2)步对基片进行清洗，用丙酮、乙醇、水进行冲洗，再用氮气吹干，低温80-90℃，烘3-5分钟。
3. 如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述(4)、(8)步烘烤，是放入180℃-200℃烘箱烘20-30分钟。
4. 如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述(6)步烘烤，是放入180℃-200℃烘箱烘6分钟。
5. 如权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述(9)步电子束曝光，剂量为450-500μC/mm2。
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