CN105047548B - 一种电子束曝光制备10纳米t型栅的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于微电子元器件技术领域,具体为一种电子束曝光制备10 纳米T型栅的方法。本发明采用电子束套刻曝光和反应离子刻蚀相结合的工艺,其步骤包括在器件衬底外延层表面旋涂电子束光刻胶,用电子束曝光设计版图,蒸发金属剥离后反应离子刻蚀形成台面,在刻蚀好台面的样品上再次旋涂电子束光刻胶,利用电子束精密套刻技术形成T型形貌,再蒸发金属后剥离形成T型金属电极,从而利用电子束套刻在器件源漏之间制备10纳米T型栅。本发明方法不仅能够显著降低T型栅的脚部尺寸,还能制备头部很宽的T型栅,降低器件的栅电阻和提高器件的截止频率,在制作镓氮基和铟磷基高电子迁移率晶体管的工艺中具有重要意义。

Description

一种电子束曝光制备10纳米T型栅的方法
技术领域
本发明属于微电子元器件技术领域,具体涉及一种电子束曝光制备10 纳米T型栅的制备方法。
背景技术
HEMT高电子迁移率晶体管采用异质结将电子提供层和电子输运的沟道层实现了空间上的分离,消除掺杂沟道中离化施主杂质对电子的散射,使沟道中电子迁移率很高,因此器件的跨导大,截止频率高,噪声低,开关速度快,能成功应用于微波低噪声放大领域。HEMT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。HEMT器件工作频率提高的最有效的方法就是不断缩小器件栅长。
栅长的缩短可以大大提升器件的高频性能,但因此栅电阻的增加会带来器件的噪声增加等问题,为解决这些问题,一种具有大截面面积而底部长度却很小的T型栅结构被成功的应用到高电子迁移率晶体管的栅极制作中。采用T型栅结构有效地减少由于栅寄生电阻而引起的晶体管噪声这一问题,因此T形栅脚宽往往成为了衡量这个加工技术的水平和器件高频能力的参数。
在T型栅的制备工艺上,常用的方法是:采用电子束多直写多层光刻胶工艺或者多次曝光多层光刻胶的方法,利用电子束光刻胶的灵敏度差的特性形成T型栅。
常用的多层光刻胶包括:PMMA/PMMA-MAA/PMMA三明治结构;ZEP/PMGI/ZEP多层胶结构;PMMA/Al/UVIII胶层结构,利用PMMA,ZEP的高分辨率的特性制作较细的栅脚和较宽的栅头。
但是,采用多层胶制备T型栅的工艺存在以下缺点:
1、多层光刻胶采用多次曝光,通过不同层光刻胶的灵敏度不同,控制显影时间,达到形成T型形貌的目的,易于金属剥离。但此方法存在各层显影干扰,对显影工艺要求很高,需要严格控制各层的显影时间,才能得到T型形貌;
2、受电子束光刻邻近效应的影响,当采用多层胶结构时,最底层光刻胶PMMA或ZEP的线条只能做到最小30nm。
因此当器件的频率想进一步提高的时候,器件的栅长需要更短,这样更小尺寸的T型栅就是急切需要的,然而采用电子束光刻多层胶结构的方法最小尺寸只能做到30nm。电子束光刻结合反应离子刻蚀的工艺,利用刻蚀的选择性可以制备尺寸小于30nm 的T型栅,最主要的做法是利用光刻胶当掩膜刻蚀例如二氧化硅或氮化硅这样的介质膜,但是利用光刻胶作为掩膜有其自身的缺陷,首先光刻胶是不耐等离子体刻蚀的,其刻蚀形貌的保形性不是很理想,其次光刻胶与介质膜的刻蚀选择比会限制介质膜的厚度,如果光刻胶太厚,脚部的尺寸就会增加,如果光刻胶太薄,介质膜也要相对更薄。
发明内容
本发明的目的在于提出一种利用金属掩膜刻蚀氮化硅从而显著降低T型栅的尺寸以及一致性的T型栅的制备方法。
本发明提出的T型栅的制备方法,采用电子束套刻以及反应离子刻蚀工艺,具体步骤为:
步骤1、清洗长有氮化硅的基片,烘干;
步骤2、在长有氮化硅的基片上旋涂液态HMDS作为粘附层,用于有效粘结光刻胶和基片;
步骤3、旋涂PMMA电子束光刻胶,烘胶;
步骤4、电子束光刻,对PMMA胶进行曝光 ;
步骤5、对曝光后的光刻胶用显影液显影,定影,吹干,得到设计的图形;
步骤6、对曝光好的样品进行Cr/Au金属蒸发;
步骤7、对蒸发完金属的样品进行丙酮剥离,去除残留的电子束光刻胶和金属,得到金属线条;
步骤8、以金属线条作为掩膜,用反应离子刻蚀氮化硅层,得到氮化硅台面;
步骤9、在制备好的氮化硅台面上旋涂PMMA和PMMA-MAA电子束光刻胶,烘胶;
步骤10、用电子束套刻在台面上制备T型形貌;
步骤11、显影曝光好的样品,对得到的T型形貌样品进行Cr/Au金属蒸发;
步骤12、对蒸发好的样品进行金属剥离,得到T型金属细栅。
上述方案中,所述基片清洗采用微电子标准清洗工艺,即RCA清洗工艺。
上述方案中,所述液态HMDS是六甲基二硅胺,分析纯;旋涂转速为4-6krmp。
上述方案中,所述烘胶使用的是烘箱,烘箱的温度为170~190℃,烘胶时间50~70min。
上述方案中,所述显影液所述显影液为四甲基二戊酮(MIBK)和异丙醇(IPA)以1:3比例的混合溶液,都为分析纯;显影时间为50~120s;定影所用定影液为异丙醇,定影时间为30~40 s;吹干使用高纯氮气吹干。
上述方案中,所述金属为用热蒸发台蒸发的Cr和Au金属。其中Cr厚度为5~15nm,作为Au与衬底之间的粘附层,Au 厚度为10nm~20nm(步骤6)和400~500nm两种(步骤11)。
本发明有益效果
从上述技术方案可以看出,本发明提供的电子束套刻制备10纳米T型栅的方法主要有以下四方面的优点:
1、采用氮化硅作为10nm T型栅的脚部定义层和机械支持层,大大提升T型栅的稳定性;
2、在电子束光刻胶显影工艺中只需要一种显影液即可,实验误差和随机性大大降低;
3、采用金属掩膜刻蚀氮化硅相比于采用光刻胶作为掩膜刻蚀氮化硅具有选择比高,刻蚀的氮化硅厚度高,刻蚀的尺寸更小等优点;
4、与传统的多层胶工艺以及光刻胶作为掩膜刻蚀工艺相比,本发明能够显著减小器件栅极尺寸,提高器件栅极的机械稳定性。
附图说明
图1为本发明的10 纳米T型栅的制备方法流程图。
图2-图8 为本发明的10 纳米T型栅的制备方法流程截面示意图。
图9 为本发明的10 纳米T型栅的制备方法在电子束曝光光刻胶形成双缝的扫描电镜图。
图10 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在蒸发金属后的双缝扫描电镜图。
图11 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在刻蚀后的10nm沟槽扫描电镜图。
图12 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在沟槽上套刻T型头部的全景扫描电镜图。
图13 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在沟槽上套刻T型头部的脚部放大扫描电镜图。
图中标号:1为基片,2为SiNx,3为电子束光刻胶,4为金属(Cr/Au)。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加的清楚明白,以下结合具体实施例,并参照附图,对本发明进一步详细说明。
本发明是在器件衬底上制作纳米T型栅结构作为栅极,使用电子束光刻以及反应离子刻蚀形成10nm 尺寸的T型形貌,用热蒸发蒸发栅金属并且剥离得到10nm的T型金属栅,与制备HEMT器件的基本工艺相兼容,而且能够大幅度缩短T型栅的尺寸。
图2-图8是本发明提供的电子束光刻和反应离子刻蚀制备10纳米T型栅的方法流程图,该方法包括:
步骤1:如图2所示,在生长好氮化硅的器件衬底外延层上旋涂电子束光刻胶;其中,电子束光刻胶可以是PMMA,PMMA光刻胶层的厚度可以为50~100nm;用170~190度烘箱烘胶50~70min;
步骤2:如图3所示, 用JEOL6300FS电子束光刻机器,按照设计的版图和设计的电子束曝光剂量对PMMA光刻胶进行曝光并显影,得到设计的光刻胶形貌;
步骤3:如图4所示,对曝光显影后的光刻胶形貌进行金属蒸发,蒸发Cr厚度为5~15nm,蒸发金的厚度为10nm~20nm,得到蒸发好金属的样品;
步骤4:如图5所示,对蒸发好Cr/Au 金属的样品进行剥离得到所示金属层结构;
步骤5:如图6所示,以得到的金属层结构作为掩膜,用CHF3等离子体进行反应离子刻蚀,得到10 nm 尺寸的沟槽结构;
步骤6:如图7所示,对得到的沟槽进行再次旋涂PMMA/PMMA-MAA 双层光刻胶,其中PMMA光刻胶的厚度为100~200 nm,PMMA-MAA光刻胶的厚度为500~700 nm;对设计的图形进行电子束套刻曝光后显影得到T型形貌;
步骤7:如图8所示,对得到的T型形貌进行金属蒸发,蒸发的金属为Cr5~15nm,Au400~500 nm,剥离后得到10nm T型栅金属结构。
图9为本发明的10纳米T型栅的制备方法的双缝光刻胶的SEM图,双缝中间的线的宽度是15nm。
图10 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在蒸发金属剥离后的双缝扫描电镜图,其中中间缝宽20nm。
图11 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在刻蚀后的10nm沟槽扫描电镜图。
图12 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在沟槽上套刻T型头部的全景扫描电镜图,其中脚部宽度为10 nm。
图13 为本发明的10纳米T型栅的制备方法在沟槽上套刻T型头部的脚部放大扫描电镜图。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种电子束曝光制备10纳米T型栅的方法,其特征在于具体步骤为:
步骤1、清洗长有氮化硅的基片,烘干;
步骤2、在长有氮化硅的基片上旋涂液态HMDS作为粘附层,用于有效粘结光刻胶和基片;
步骤3、旋涂PMMA电子束光刻胶,烘胶;
步骤4、电子束光刻,对PMMA胶进行曝光 ;
步骤5、对曝光后的光刻胶用显影液显影,定影,吹干,得到设计的图形;
步骤6、对曝光好的具有设计图形的基片进行Cr和Au金属蒸发;
步骤7、对蒸发完金属的基片进行丙酮剥离,去除残留的电子束光刻胶和金属,得到金属线条;
步骤8、以金属线条作为掩膜,用反应离子刻蚀氮化硅层,得到氮化硅台面;
步骤9、在制备好的氮化硅台面上旋涂PMMA和PMMA-MAA电子束光刻胶,烘胶;
步骤10、用电子束套刻在台面上制备T型形貌;
步骤11、显影曝光好的样品,对得到的T型形貌样品进行Cr和Au金属蒸发;
步骤12、对蒸发好金属的样品使用丙酮进行剥离,得到T型金属细栅。
2. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤2中所述液态HMDS是六甲基二硅胺,分析纯;旋涂转速为4~6krmp 。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤3和步骤9中所述烘胶使用的是烘箱,烘箱的温度为170~190℃,烘胶时间50~70min。
4. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤5和步骤11中显影所用的显影液为四甲基二戊酮(MIBK)和异丙醇(IPA)以1:3比例的混合溶液,都为分析纯;显影时间为50~120s;定影所用定影液为异丙醇,定影时间为30~40 s;吹干使用高纯氮气。
5. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤6中所述进行Cr和Au 金属蒸发为用热蒸发机器蒸发的Cr和Au金属,其中Cr厚度为5~10nm,作为Au与衬底之间的粘附层,Au 厚度为10~20nm。
6. 根据权利要求1所述的方法,其特征在于步骤11中所述进行Cr和Au 金属蒸发为用热蒸发机器蒸发的Cr和Au金属,其中Cr厚度为5~10nm,作为Au与衬底之间的粘附层,Au 厚度为300~400nm。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112687531B (zh) * 2020-12-27 2022-10-11 复旦大学 一种高电子迁移率晶体管源漏电极的制备方法
CN112909155A (zh) * 2021-01-20 2021-06-04 中国科学院工程热物理研究所 一种直接测量微纳材料热电优值的探测器及制备工艺
CN113237932B (zh) * 2021-05-07 2023-09-19 中国工程物理研究院电子工程研究所 一种对电极型纳米电学传感器的制备方法
CN116040955B (zh) * 2023-02-07 2023-09-29 浙江大学 一种用于检测系统标定的熔石英表面微纳结构加工方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101419400A (zh) * 2007-10-24 2009-04-29 中国科学院微电子研究所 一种通过金属铬掩蔽膜进行干法刻蚀的方法
CN104377125A (zh) * 2014-10-11 2015-02-25 北京工业大学 一种含自支撑结构的亚百纳米t型栅的制备方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02285643A (ja) * 1989-04-26 1990-11-22 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP2551380B2 (ja) * 1994-05-30 1996-11-06 日本電気株式会社 半導体装置およびその製造方法
JPH08203926A (ja) * 1995-01-26 1996-08-09 Toshiba Corp 半導体装置の製造方法
JPH1027901A (ja) * 1996-07-11 1998-01-27 Nec Corp Mosトランジスタおよびその製造方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101419400A (zh) * 2007-10-24 2009-04-29 中国科学院微电子研究所 一种通过金属铬掩蔽膜进行干法刻蚀的方法
CN104377125A (zh) * 2014-10-11 2015-02-25 北京工业大学 一种含自支撑结构的亚百纳米t型栅的制备方法

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