CN104900503B - 一种高离子迁移率晶体管的t型栅的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法，是在砷化镓(GaAs)基衬底上依次形成抗反射层及第一光阻，第一光阻经曝光显影形成宽度为0.16‑0.19μm的显开区域，再通过化学收缩工艺缩小至0.11‑0.13μm；再涂覆第二光阻，经曝光显影后与第一光阻的显开区域共同形成T型栅极的蚀刻窗口，通过沉积金属形成线宽为0.11‑0.13μm的T型栅。本发明的制备方法设备投入低，产能高，有效降低了生产成本，适于实际生产应用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体工艺，特别是涉及一种高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法。
背景技术
高离子迁移率晶体管(HEMT)是利用异质结界面存在的二维电子气层(2-DGE)，在源极和漏极之间通过改变栅极加压控制2-DGE的电子浓度，从而控制工作状态。HEMT是新一代的晶体管，由于其优异的性能成为高频、高压、高温和大功率应用方面的首选。
HEMT的栅极的制作对器件的截止频率具有至关重要的影响。一般来说，栅长越小，栅电阻越低，则器件的截止频率越高。为了兼顾小栅长和低栅电阻，底部长度小而截面积大的T型栅结构得到了广泛的应用，在此结构的基础上，栅长可以制作到微纳米级别。
目前制作小尺寸，例如0.13μm以下的T型栅往往需要通过高精度的电子束光刻系统(e-beam)来实现，e-beam技术是在涂有电子抗蚀剂的晶片上采用电子束进行扫描，使扫描过的电子抗蚀剂发生分子链重组，从而发生化学性质，再通过显影和定影获得高分辨率的抗蚀剂曝光图形。E-beam设备投入高，且由于是采用扫描的方式进行曝光，生产效率极低，产能太小，导致制造成本高，难以在实际生产中推广应用。而其他习知的光刻设备所能形成的光阻显开区域的线宽较大，难以直接形成0.13μm以下的窗口以用于制作T型栅，这限制了其在小尺寸T型栅制作中的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种0.11-0.13μm栅长的高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法，包括以下步骤：
1)提供一砷化镓基衬底，于衬底上形成一抗反射层；
2)于抗反射层上涂覆第一光阻，第一光阻经曝光显影形成宽度为0.16-0.19μm的下蚀刻窗口；
3)通过化学收缩工艺将下蚀刻窗口的宽度缩小至0.11-0.13μm；
4)于上述结构上方涂覆第二光阻，第二光阻经曝光显影形成对应于下蚀刻窗口上方的上蚀刻窗口，上蚀刻窗口的宽度大于下蚀刻窗口，上蚀刻窗口和下蚀刻窗口形成T型栅极的蚀刻窗口；
5)除去蚀刻窗口下方的抗反射层以露出衬底，并蚀刻该部分衬底以形成沟槽；
6)于蚀刻窗口内以沟槽为底层表面沉积金属，形成T型栅极；
7)除去抗反射层、第一光阻及第二光阻。
作为一种优选，步骤2)是通过KrF设备进行曝光，所述第一光阻是与248nm光相匹配之KrF正光阻。
作为一种优选，步骤2)中，形成的下蚀刻窗口宽度为0.18μm。
作为一种优选，步骤3)中，所述化学收缩工艺具体包括以下子步骤：涂覆化学收缩试剂于所述下蚀刻窗口内；于100～140℃下烘烤以使化学收缩试剂与所述第一光阻交联固化并于所述下蚀刻窗口的侧壁上形成附着层；去除未反应的化学收缩试剂。
作为一种优选，所述化学收缩试剂是水溶性有机材料与交联剂的混合物。
作为一种优选，步骤4)是通过I-line设备进行曝光，所述第二光阻是与365nm光相匹配之I-line负光阻。
作为一种优选，所述上蚀刻窗口的宽度为0.8～1.5μm。
作为一种优选，所述衬底的沟槽通过湿式蚀刻形成，蚀刻深度0.05-0.15μm，蚀刻液具体是磷酸、草酸、柠檬酸、丁二酸中的一种或其组合。
作为一种优选，所述形成T型栅极的金属包括有Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层，是通过磁控溅镀、离子蒸镀、电弧离子蒸镀或化学气相沉积的方式形成于所述蚀刻窗口内。
作为一种优选，步骤7)中，所述抗反射层采用高温NMP(N-甲基吡咯烷酮)进行湿式剥离，所述NMP温度为65-85℃。
本发明的有益效果是：
1.形成0.16-0.19μm的光阻显开区域，再结合化学收缩工艺缩小光阻显开区域形成0.11-0.13μm T型栅的蚀刻窗口；其中0.16-0.19μm的光阻显开区域是248nm KrF光学光刻工艺所能制作的常规尺寸，所采用的KrF光学光刻设备成本低，且是采用整板曝光的方式，曝光速度快；化学收缩工艺是通过化学收缩试剂与蚀刻窗口侧壁的光阻发生交联反应固化形成附着层的方式来缩小尺寸，亦是可快速完成之工艺，可控性强，精度高；本发明形成小尺寸T型栅的方法生产效率高，产能高，适于实际生产应用。
2.砷化镓衬底上涂覆抗反射层在曝光显影过程中可有效减少因光阻驻波效应而使光阻图形变差，增加解像能力，抗反射层通过高温NMP湿式剥离，避免传统干式剥离中电浆对砷化镓衬底的损伤。
附图说明
图1为本发明制作方法的流程图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。本发明的各附图仅为示意以更容易了解本发明，其具体比例可依照设计需求进行调整。文中所描述的图形中相对元件的上下关系，在本领域技术人员应能理解是指构件的相对位置而言，因此皆可以翻转而呈现相同的构件，此皆应同属本说明书所揭露的范围。
参考图1中a-f本发明的制作方法流程图。如图1中a所示，提供一砷化镓基衬底1，于衬底上形成一抗反射层2，并于抗发射层2上涂覆第一光阻3。抗反射层2具体可以是有机涂层，通过旋涂、喷涂等方式形成，亦可以是TiO、SiN等无机涂层，通过沉积或溅射等方式形成。接着，于抗反射层2上涂覆第一光阻3，第一光阻3是与248nm光相匹配之KrF正光阻。
如图1中b所示，采用248nm KrF光刻设备对第一光阻3曝光显影，在第一光阻3上形成宽度为0.16-0.19μm的下蚀刻窗口31(即为第一光阻3的显开区域)，下蚀刻窗口31底部为裸露的抗反射层2。
KrF光刻设备是以F2和Kr气体电离后产生的248nm的光为光源进行光学曝光，光学曝光是在晶片上涂覆相应的光阻，在其上方通过预设图形的光罩区分出透光区域和非透光区域，通过光源照射来使透光区域和非透光区域对应的光阻发生化学成分的差异，以便于后续的显影。不同于离子束的点扫描式曝光，KrF光刻设备的一次曝光区域大，曝光速度极快。KrF设备在采用标准化设置时常用于硅晶片上制作0.13μm线宽的光阻保留区域，线之间距离为0.18μm。本实施例利用此特性，在标准化设置下制作的下蚀刻窗口31的宽度是0.18μm，通过调整临界蚀刻尺寸(CD)及光强度，可形成0.16-0.19μm的宽度。由于第一光阻3是正光阻，所形成的下蚀刻窗口31是上宽下窄的倒梯形结构。
如图1中c所示，通过化学收缩工艺将下蚀刻窗口31的宽度缩小至0.11-0.13μm。其具体的做法是涂覆化学收缩试剂于下蚀刻窗口31内，化学收缩试剂是水溶性有机材料与交联剂的混合物，例如可以是AZ公司生产的AZR200水溶性试剂。于100～140℃下烘烤以使化学收缩试剂与第一光阻交联固化，并于下蚀刻窗口31的侧壁上形成附着层311，再通过漂洗去除未交联的试剂，通过控制烘烤的温度及时间，可以控制形成的附着层311的厚度，从而缩小下蚀刻窗口31的宽度，具体的，可以将下蚀刻窗口31由0.18μm左右缩小至0.11-0.13μm。
接着，于上述结构上方涂覆第二光阻4，第二光阻4是与365nm光相匹配之I-line负光阻。通过365nm I-line光刻设备对第二光阻4进行曝光显影，去除掉对应下蚀刻窗口31的部分并形成上蚀刻窗口41(即为第二光阻4的显开区域)，上蚀刻窗口41的宽度大于下蚀刻窗口，作为一种实施方式，其宽度具体可以为0.8～1.5μm。上蚀刻窗口31和下蚀刻窗口41共同形成T型栅极的蚀刻窗口。由于第二光阻4是负光阻，所形成的上蚀刻窗口31是上窄下宽的梯形结构。
如图1中d所示，除去蚀刻窗口下方的抗反射层2以露出衬底1，并蚀刻该部分衬底1以形成沟槽11。蚀刻窗口下方的抗反射层可以通过干式蚀刻去除，沟槽11通过湿式蚀刻形成，蚀刻液具体可以是磷酸、草酸、柠檬酸、丁二酸中的一种或其组合。沟槽11的深度为0.05-0.15μm。
如图1中e所示，于蚀刻窗口内以沟槽11为底层表面沉积金属，形成T型栅极5，T型栅极的金属包括有Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层，是通过磁控溅镀、离子蒸镀、电弧离子蒸镀或化学气相沉积的方式形成于蚀刻窗口内。由于上蚀刻窗口41的宽度大于下蚀刻窗口31的宽度，形成T型的结构，其与衬底1接触的底部线宽即为0.11-0.13μm。
如图1中f所示，剥离抗反射层2、第一光阻3及第二光阻4。具体的，抗反射层2采用NMP(N-甲基吡咯烷酮)进行湿式剥离，所述NMP加热至65-85℃，以避免传统干式剥离中电浆对砷化镓衬底1的损伤。
上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高离子迁移率晶体管的T型栅的制作方法，其特征在于包括以下步骤：
1)提供一砷化镓基衬底，于衬底上形成一抗反射层；
2)于抗反射层上涂覆第一光阻，第一光阻经曝光显影形成宽度为0.16-0.19μm的下蚀刻窗口；步骤2)是通过KrF设备进行曝光，所述第一光阻是与248nm光相匹配之KrF正光阻；
3)通过化学收缩工艺将下蚀刻窗口的宽度缩小至0.11-0.13μm；所述化学收缩工艺具体包括以下子步骤：
涂覆化学收缩试剂于所述下蚀刻窗口内，
于100～140℃下烘烤以使化学收缩试剂与所述第一光阻交联固化并于所述下蚀刻窗口的侧壁上形成附着层，
去除未交联的化学收缩试剂；
4)于步骤3)形成的结构上方涂覆第二光阻，第二光阻经曝光显影形成对应于下蚀刻窗口上方的上蚀刻窗口，上蚀刻窗口的宽度大于下蚀刻窗口，上蚀刻窗口和下蚀刻窗口形成T型栅极的蚀刻窗口；步骤4)是通过I-line设备进行曝光，所述第二光阻是与365nm光相匹配之I-line负光阻；
5)除去蚀刻窗口下方的抗反射层以露出衬底，并蚀刻所述露出的衬底以形成沟槽；
6)于蚀刻窗口内以沟槽为底层表面沉积金属，形成T型栅极；
7)除去抗反射层、第一光阻及第二光阻。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤2)中，形成的下蚀刻窗口宽度为0.18μm。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述交联试剂是水溶性有机材料与交联剂的混合物。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述上蚀刻窗口的宽度为0.8～1.5μm。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述衬底的沟槽通过湿式蚀刻形成，蚀刻深度0.05-0.15μm，蚀刻液具体是磷酸、草酸、柠檬酸、丁二酸中的一种或其组合。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：所述形成T型栅极的金属包括有Ti、Ni、Cu、Al、Pt、W、Mo、Cr、Au或上述金属的组合层，是通过磁控溅镀、离子蒸镀、电弧离子蒸镀或化学气相沉积的方式形成于所述蚀刻窗口内。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于：步骤7)中，所述抗反射层采用高温NMP(N-甲基吡咯烷酮)进行湿式剥离，所述NMP温度为65-85℃。
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