CN106229261A - 一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs‑HEMT器件T型栅的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs‑HEMT器件T型栅的方法，首先，在衬底上生长GaAs‑HEMT外延层，然后在外延层的上表面生长一层GaInP作为牺牲层，接着再分别制作源、漏电极，并在牺牲层的中间位置刻蚀一条形栅槽，栅柱制作于该条形栅槽内，光刻形成栅电极蒸镀窗口，通过金属蒸镀、撕金剥离并腐蚀掉外延层表面的牺牲层后得到所需的T型栅。采用本发明方法可以有效减少工艺制作步骤，缩短工时，降低器件的生产成本，并且腐蚀GaInP牺牲层溶液的选择比较高，不损伤器件表面，可靠性较好，提升产品生产良率，适用于HEMT器件T型栅制作。
Description
技术领域
本发明涉及高端化合物半导体单片微波器件领域，尤其是指一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法。
背景技术
随着科技的进步，在现代半导体器件制作过程中，器件尺寸越来越小，集成度越来越高。HEMT器件的工作频率增加时，对于HEMT器件的截止频率的要求也随之增加。
对于微波功率器件，器件的截止频率要求至少是器件工作频率的4倍以上。HEMT器件的截止频率是衡量晶体管高速性能的一个重要因子，其公式为：式中，vs为HEMT器件的载流子的饱和漂移速率，Lg为HEMT器件中栅的长度。由于载流子的饱和漂移速率vs相对是固定的，所以由上式可以看出，栅长度Lg是决定HEMT器件截止频率最关键的因素。
缩小Lg可以增大截止频率，但是，缩小Lg会导致栅电阻的增加，进而导致器件噪声的增加和最大振荡频率的降低等一系列问题。为了保证栅长度减小的同时栅电阻不随之增大而导致最高振荡频率降低，HEMT器件常采用自对准技术减小基极寄生电阻，T型栅也是HEMT自对准采用的一种方法。HEMT采用T型栅减小寄生电感，因此，HEMT器件T型栅是提高HEMT器件性能的重要技术手段。
目前，HEMT栅的引出方法有多种，主要有：用电子束曝光制作方法和X射线光刻的制作方法。但上述两种方法分别采用电子束曝光或X射线曝光，成本较高，所涂覆的胶层数目多，工艺复杂，制作栅或栅金属厚度受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，能够简化工艺的制作步骤，缩短工时，提高生产可靠性与良率，降低生产成本。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，首先，在衬底上生长GaAs-HEMT外延层，然后在外延层的上表面生长一层GaInP作为牺牲层，接着再分别制作源、漏电极，并在牺牲层的中间位置刻蚀一条形栅槽，栅柱制作于该条形栅槽内，光刻形成栅电极蒸镀窗口，通过金属蒸镀、撕金剥离并腐蚀掉外延层表面的牺牲层后得到所需的T型栅；其具体包括以下步骤：
1)材料生长：在衬底材料上依次生长GaAs-HEMT外延层和GaInP牺牲层；
2)源、漏电极制作：采用光刻、蚀刻或离子注入方法，分别进行源、漏电极制作及台面刻蚀、隔离；
3)GaInP牺牲层表面制备栅槽：采用光刻和干/湿法刻蚀的方法，在GaInP牺牲层的中间位置形成条形栅槽；
4)栅电极制备：光刻形成栅电极蒸镀倒台窗口，采用磁控溅射方法和剥离工艺将栅材料淀积到条形栅槽，得到三维栅，该栅电极的断面为T型，且源、漏电极位于栅电极的两侧；
5)去除GaInP牺牲层：采用光刻和湿法腐蚀的方法，将GaAs-HEMT外延层表面的GaInP牺牲层腐蚀掉，从而完成GaAs-HEMT器件T型栅的制作。
在光刻过程中采用的光刻胶为光敏的正胶、负胶、反转胶、PI胶或BCB，其厚度根据需要选择，然后在温度90至110℃下烘烤80至100s，其曝光过程采用光学曝光，具体是将涂覆有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影曝光机下曝光。
在步骤4)中，所述的磁控溅射方法包括将通过光刻显影后的基片放入磁控溅射蒸镀机中蒸发，抽真空，其中蒸发的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种；
所述的剥离工艺采用的试剂为能够将光刻胶去除的试剂，剥离过程是将蒸发金属后的基片置于剥离液中浸泡设定的时间，并采用加热、超声方法辅助剥离金属和去除胶层，用溶剂和去离子水冲洗基片，然后氮气吹干。
在步骤5)中，湿法腐蚀GaInP牺牲层采用的腐蚀液为HCl系溶液。
所述衬底材料为半绝缘砷化镓、蓝宝石、硅或者碳化硅。
所述GaInP牺牲层的厚度为0.5-1μm。
所述栅电极、源电极、漏电极的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明所提供的采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，由于其T型栅制作时采用外延直接生长GaInP牺牲层，后续采用一次光刻即可定义栅金属形貌，减少了一次光刻程序，缩减了产品生产时间。
2、本发明所提供的采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，不需要采用成本较高的电子束曝光或X射线曝光，缩减了产品生产时的工艺步骤，降低了生产成本。
3、本发明所提供的采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，在磁控溅射蒸镀栅金属后，对GaInP牺牲层采用光刻和湿法腐蚀进行剥离时，采用的腐蚀溶液具有更高的选择比，不易损伤器件表面，可靠性较好，提升了产品生产良率。
附图说明
图1为本发明所提供的GaAs-HEMT器件T型栅示意图。
图2a-图2e为依照本发明方法制作GaAs-HEMT器件T型栅的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，为制得的GaAs-HEMT器件T型栅示意图，图中1为衬底，该衬底1的材料可以为半绝缘砷化镓、蓝宝石、硅或者碳化硅；图中2为GaAs-HEMT外延层，生长在衬底1上；图中3为源电极、4为漏电极、5为栅电极，源电极3与漏电极4分别制作于栅电极5的两侧，所述栅电极5的横截面为T型，该栅电极5是制作于GaInP牺牲层的条形栅槽内，所述牺牲层生长于外延层表面，器件制作完毕后牺牲层被全腐蚀掉，其厚度为0.5-1μm。上述栅电极、源电极和漏电极的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种。
如图2a-图2e所示，为本实施例制作GaAs-HEMT器件T型栅的工艺流程图，其具体情况如下：
1)材料生长：在衬底材料上依次生长GaAs-HEMT外延层和GaInP牺牲层；
2)源、漏电极(金属)制作：采用光刻、蚀刻和离子注入等方法，分别进行源、漏电极制作及台面刻蚀、隔离；
3)在GaInP牺牲层表面制备栅槽：采用光刻和干(湿)法刻蚀的方法，在GaInP牺牲层的表面形成条形栅槽；
4)栅电极(金属)制备：光刻形成栅电极蒸镀倒台窗口，采用磁控溅射方法(金属蒸镀)和剥离工艺(撕金剥离)将栅材料淀积到条形栅槽，得到三维栅，该栅电极的断面为T型，且源、漏电极位于栅电极的两侧；
5)去除GaInP牺牲层：采用光刻和湿法腐蚀的方法，将GaAs-HEMT外延层表面的GaInP牺牲层腐蚀掉，从而完成GaAs-HEMT器件T型栅的制作。
在上述步骤中光刻所采用的光刻胶为光敏的正胶、负胶、反转胶、PI胶或BCB，其厚度可以根据需要选择，然后在温度90至110℃下烘烤80至100s。曝光过程采用光学曝光，所述曝光包括：将涂覆有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影曝光机下曝光。
在上述步骤中磁控溅射方法包括将通过光刻显影后的基片放入磁控溅射蒸镀机中蒸发，抽真空，蒸发的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种，具体的为AuGeNi/Au。
在上述步骤中剥离工艺采用的试剂为能够将光刻胶去除的试剂，具体为丙酮。剥离过程是将蒸发金属后的基片置于剥离液中浸泡一定的时间，并采用加热、超声等方法辅助剥离金属和去除胶层，用溶剂和去离子水冲洗基片，然后氮气吹干。
在上述步骤中湿法腐蚀GaInP牺牲层采用的腐蚀液为HCl系溶液，具体为HCL：CH3COOH＝1:1。
综上所述，本发明所提供的采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，由于其T型栅制作时采用外延直接生长GaInP牺牲层，后续采用一次光刻即可定义栅金属形貌，减少了一次光刻程序，缩减了产品生产时间；其光刻时不需要采用成本较高的电子束曝光或X射线曝光，缩减了产品生产时的工艺步骤，降低了生产成本；此外，在电子束蒸镀栅金属后，对GaInP牺牲层采用光刻和湿法腐蚀进行剥离时，采用的腐蚀溶液具有更高的选择比，不易损伤器件表面，可靠性较好，提升了产品生产良率。总之，本发明有效解决T型HEMT器件制作过程中，工艺程序简化、缩短生产工时、降低产品成本及提升产品良率等问题，是一种理想、实用的T型HEMT器件栅制作方法，值得推广。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：首先，在衬底上生长GaAs-HEMT外延层，然后在外延层的上表面生长一层GaInP作为牺牲层，接着再分别制作源、漏电极，并在牺牲层的中间位置刻蚀一条形栅槽，栅柱制作于该条形栅槽内，光刻形成栅电极蒸镀窗口，通过金属蒸镀、撕金剥离并腐蚀掉外延层表面的牺牲层后得到所需的T型栅；其具体包括以下步骤：
1)材料生长：在衬底材料上依次生长GaAs-HEMT外延层和GaInP牺牲层；
2)源、漏电极制作：采用光刻、蚀刻或离子注入方法，分别进行源、漏电极制作及台面刻蚀、隔离；
3)GaInP牺牲层表面制备栅槽：采用光刻和干/湿法刻蚀的方法，在GaInP牺牲层的中间位置形成条形栅槽；
4)栅电极制备：光刻形成栅电极蒸镀倒台窗口，采用磁控溅射方法和剥离工艺将栅材料淀积到条形栅槽，得到三维栅，该栅电极的断面为T型，且源、漏电极位于栅电极的两侧；
5)去除GaInP牺牲层：采用光刻和湿法腐蚀的方法，将GaAs-HEMT外延层表面的GaInP牺牲层腐蚀掉，从而完成GaAs-HEMT器件T型栅的制作。
2.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：在光刻过程中采用的光刻胶为光敏的正胶、负胶、反转胶、PI胶或BCB，其厚度根据需要选择，然后在温度90至110℃下烘烤80至100s，其曝光过程采用光学曝光，具体是将涂覆有光刻胶的基片在G、H、I线光源的接触式曝光机或投影曝光机下曝光。
3.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：在步骤4)中，所述的磁控溅射方法包括将通过光刻显影后的基片放入磁控溅射蒸镀机中抽真空，蒸发，其中蒸发的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种；
所述的剥离工艺采用的试剂为能够将光刻胶去除的试剂，剥离过程是将蒸发金属后的基片置于剥离液中浸泡设定的时间，并采用加热、超声方法辅助剥离金属和去除胶层，用溶剂和去离子水冲洗基片，然后氮气吹干。
4.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：在步骤5)中，湿法腐蚀GaInP牺牲层采用的腐蚀液为HCl系溶液。
5.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：所述衬底材料为半绝缘砷化镓、蓝宝石、硅或者碳化硅。
6.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：所述GaInP牺牲层的厚度为0.5-1μm。
7.根据权利要求1所述的一种采用外延牺牲层工艺制作GaAs-HEMT器件T型栅的方法，其特征在于：所述栅电极、源电极、漏电极的金属为Ti/Au、Ti/Pt/Au、Ti/Al/Au、Ni、Ni/Au、Cr/Au、Pd、Ti/Pd/Au、Pd/Au、AuGeNi/Au中的一种。
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2016
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