CN110429027B - 一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法及器件 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法及器件，其中方法包括如下步骤：在外延片上沉积源极金属和漏极金属；在外延片上涂布E‑Beam光阻；使用E‑Beam电子束在栅极底部进行E‑Beam光阻显影；在外延片上涂布I‑Line光阻；使用I‑Line机台在栅极顶部进行I‑Line光阻曝光显影；沉积栅极金属。本方案栅极的顶层光阻使用较为传统的I‑Line对准曝光设备替代改进前技术的E‑beam直写，可有效的提高低线宽T型栅的生产效率。可减少E‑beam光阻的使用量，节省了制作成本。

Description

一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法及器件
技术领域
本发明涉及半导体器件制作领域，尤其涉及一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法及器件。
背景技术
目前GaAs化合物半导体的制程中0.15um T型栅极的生产工艺以E-Beam电子束(电子束蒸发源设备)对光刻胶进行曝光，直接达到T型栅极底部结构0.15um的线宽，而后再进行T型栅极顶部结构凹槽的形成及蒸镀金属，形成0.15um T型栅极的金属接触，其工艺流程如图1所示。
改进前的工艺存在如下缺点：1、因为T-Gate的外形结构是上宽下窄，所以此方案必须先对T型栅极顶部光刻胶曝光显影后再对底部光刻胶进行曝光，并且两次的曝光皆是使用E-Beam设备，其所需要的光刻胶材料由于其物理性特殊，导致光刻胶材料价格高昂，所以改进前方案的成本较高；2、由于E-beam设备是利用所产生的电子束对光刻胶进行曝光反应，所需要的制程时间漫长，导致生产效率低下。
发明内容
为此，需要提供一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法及器件，解决改进前低线宽栅极器件生产效率低下的问题。
为实现上述目的，发明人提供了一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，包括如下步骤：
在外延片上沉积源极金属和漏极金属；
在外延片上涂布E-Beam光阻；
使用E-Beam电子束在栅极底部进行E-Beam光阻显影；
在外延片上涂布I-Line光阻；
使用I-Line机台在栅极顶部进行I-Line光阻曝光显影；
沉积栅极金属。
进一步地，还包括步骤：
蚀刻去除I-Line光阻。
进一步地，在外延片上沉积源极金属和漏极金属后还包括步骤：
在外延片上沉积氮化物层；
以及在外延片上涂布I-Line光阻前还包括步骤：
在显影后的E-Beam光阻对氮化物层进行非等向性蚀刻；
蚀刻去除E-Beam光阻。
进一步地，还包括步骤：
蚀刻去除氮化物层。
本发明提供一种器件，所述器件由上述任意一项的方法制得。
本发明提供一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，应用于自动化生产线的机台控制器上，包括如下步骤：
控制机械手臂抓取沉积有源极金属和漏极金属的外延片；
控制机械手臂将外延片传送到E-Beam光阻涂布设备；
发送光阻涂布命令到E-Beam光阻涂布设备进行光阻涂布；
接收到E-Beam光阻涂布完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送到E-Beam曝光设备；
发送曝光指令到E-Beam曝光设备进行E-Beam光阻显影；
接收到E-Beam曝光设备曝光完毕信号；
控制机械手臂将外延片传送到I-Line光阻涂布设备；
发送光阻涂布命令到I-Line光阻涂布设备进行光阻涂布；
接收到I-Line光阻涂布完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送到I-Line曝光设备；
发送曝光指令到I-Line曝光设备进行I-Line光阻显影；
接收到I-Line曝光设备曝光完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送金属蒸镀设备进行栅极金属沉积。
进一步地，还包括步骤：
接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送光阻蚀刻设备进行I-Line光阻去除。
进一步地，在控制机械手臂将外延片传送到E-Beam光阻涂布设备前还包括步骤：
控制机械手臂将外延片传送到氮化物沉积设备进行氮化物沉积；
接收氮化物沉积设备的氮化物沉积完毕信号；
以及在控制机械手臂将外延片传送到I-Line光阻涂布设备前还包括步骤：
控制机械手臂将外延片传送到氮化物蚀刻设备进行氮化物非等向性蚀刻；
接收氮化物蚀刻设备的蚀刻完毕信号；
控制机械手臂将外延片传送到光阻蚀刻设备进行E-Beam光阻蚀刻；
接收光阻蚀刻设备的蚀刻完毕信号。
进一步地，还包括步骤：
接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并氮化物去除设备除去氮化物。
区别于改进前技术，上述技术方案栅极的顶层光阻使用较为传统的I-Line对准曝光设备替代改进前技术的E-beam直写，可有效的提高低线宽T型栅的生产效率。可减少E-beam光阻的使用量，节省了制作成本。
附图说明
图1为背景技术所述的改进前的工艺步骤；
图2为具体实施方式所述的工艺流程图；
图3为具体实施方式所述的进行E-Beam光阻曝光显影后的结构图；
图4为具体实施方式所述的进行I-Line光阻曝光显影后的结构图；
图5为具体实施方式所述的制作了栅极金属的结构图；
图6为一实施例制作氮化物层后E-Beam光阻曝光显影后的结构图；
图7为一实施例制作氮化物层后I-Line光阻曝光显影后的结构图；
图8为一实施例自动化生产线的结构示意图。
附图标记说明：
1、外延片，
S、源极金属，
D、漏极金属，
2、E-Beam光阻，
20、底部开口，
3、I-Line光阻，
30、顶部开口，
4、栅极金属，
5、氮化物层，
50、底部开口，
6、机械手臂，
60、E-Beam光阻涂布设备，
61、E-Beam曝光设备，
62、I-Line光阻涂布设备，
63、I-Line曝光设备，
64、金属蒸镀设备，
65、光阻蚀刻设备，
66、氮化物沉积设备，
67、氮化物蚀刻设备，
68、氮化物去除设备。
具体实施方式
为详细说明技术方案的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合具体实施例并配合附图详予说明。
请参阅图2到图8，本实施例提供一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，包括如下步骤：首先在外延片1上沉积源极金属S和漏极金属D，如图2工艺步骤中的外延片表面处理与器件源/漏极金属化工艺。本发明的外延片可以是用于制作晶体管的半导体器件，如砷化镓。而后在外延片上涂布E-Beam光阻2，使用E-Beam电子束在栅极底部进行E-Beam光阻显影，形成底部开口20，即第一次光刻工艺，结构如图3所示。而后在外延片上涂布I-Line光阻3；使用I-Line机台在栅极顶部进行I-Line光阻曝光显影，形成顶部开口30，即第二次光刻工艺，结构如图4所示。而后沉积栅极金属4，沉积后的栅极金属结构如图5所示的结构。相对于改进前的技术，本发明只需一次的E-Beam光阻涂布和显影工艺，减轻了E-Beam光阻涂布和显影带来的成本高和效率低的情况，从而提高了生产效率和降低了成本。
为了实现后续的晶体管的制作，还包括步骤：蚀刻去除I-Line光阻，这样可以得到如图5所示的结构。而后可以进行钝化层的沉积与被动元件及金属连线工艺，即可以制得晶体管结构。
上述实施例可以用于制作线宽为0.15um的栅极，即底部开口20宽度可以为0.15um，当然也可以小于0.15um，0.15um以下可以认为是低线宽，当然本发明也可以用在制作大的线宽上。在某些实施例中，由于后续的I-Line光阻曝光显影可能会对开口20的光阻产生影响，从而会导致开口20的变化。为了避免开口20变化，这里可以采用氮化物(如氮化硅等)作为底层开口来避免开口变化。具体地，包括如下步骤：在外延片上沉积源极金属和漏极金属；在外延片上沉积氮化物层5。而后在外延片上涂布E-Beam光阻2，使用E-Beam电子束在栅极底部进行E-Beam光阻显影，形成底部开口20，如图6所示。在显影后的E-Beam光阻对氮化物层进行非等向性蚀刻。蚀刻的时候，气体会垂直器件表面对氮化物层进行蚀刻，形成底部开口50，替换了原先的开口20，如图7所示。由于氮化物的稳定性，后续蚀刻去除E-Beam光阻再涂布I-Line光阻3并使用I-Line机台在栅极顶部进行I-Line光阻曝光显影，并不会对开口50产生影响，从而避免开口变化的问题。
同样地，为了实现晶体管的制作，后续还包括步骤：蚀刻去除氮化物层。
本发明提供一种器件，所述器件由上述任意一项的方法制得。利用本发明方法制得的器件只要一道的E-Beam光阻涂布和显影，减少了E-Beam光阻采用的次数，提高了生产效率和降低成本。
为了实现上述器件自动化的生产，本发明提供一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，应用于自动化生产线的机台控制器上，机台控制器可以实现与器件制程设备的交互，现有的机台控制器可以完成控制机械手臂从器件制程设备中取放晶圆器件以及控制器件制程设备进行相应的器件制作。自动化的生产线的示意图可以如图8所示，包含有机械手臂6和周围的多个的器件制程设备，本发明仅仅为了方便说明，实际在进行自动化生产线的时候，由于器件制程设备的体积很大，可能需要可以远距离移动的机械手臂以及需要多个机械手臂，此时可以根据实际需要进行设置。
本实施例方法包括如下步骤：控制机械手臂抓取沉积有源极金属和漏极金属的外延片；机械手臂前端具有吸盘，可以实现对外延片的吸取。控制机械手臂将外延片传送到E-Beam光阻涂布设备60；发送光阻涂布命令到E-Beam光阻涂布设备进行光阻涂布；接收到E-Beam光阻涂布完毕信号；控制机械手臂取出外延片并传送到E-Beam曝光设备61；发送曝光指令到E-Beam曝光设备进行E-Beam光阻显影；接收到E-Beam曝光设备曝光完毕信号；控制机械手臂将外延片传送到I-Line光阻涂布设备62；发送光阻涂布命令到I-Line光阻涂布设备进行光阻涂布；接收到I-Line光阻涂布完毕信号；控制机械手臂取出外延片并传送到I-Line曝光设备63；发送曝光指令到I-Line曝光设备进行I-Line光阻显影；接收到I-Line曝光设备曝光完毕信号；控制机械手臂取出外延片并传送金属蒸镀设备64进行栅极金属沉积。这样就可以完成低线宽栅极器件的生产制作，由于只需要一次的E-Beam光阻涂布和显影，减少了E-Beam光阻采用的次数，提高了生产效率和降低成本。
为了实现对晶体管的制作，后续还包括步骤：接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；控制机械手臂取出外延片并传送光阻蚀刻设备65进行I-Line光阻去除。从而可以得到如图5所示具有栅极金属的器件。
如上面实施例所述，为了提高开口20的稳定性，需要氮化物的工艺步骤。则在控制机械手臂将外延片传送到E-Beam光阻涂布设备前还包括步骤：控制机械手臂将外延片传送到氮化物沉积设备66进行氮化物沉积；接收氮化物沉积设备的氮化物沉积完毕信号。以及在控制机械手臂将外延片传送到I-Line光阻涂布设备前还包括步骤：控制机械手臂将外延片传送到氮化物蚀刻设备67进行氮化物非等向性蚀刻；接收氮化物蚀刻设备的蚀刻完毕信号；控制机械手臂将外延片传送到光阻蚀刻设备65进行E-Beam光阻蚀刻；接收光阻蚀刻设备的蚀刻完毕信号。这样生产后的氮化物可以代替E-Beam光阻进行金属沉积，避免E-Beam光阻的开口变形等问题。
为了实现对晶体管的制作，后续还包括步骤：接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；控制机械手臂取出外延片并氮化物去除设备68除去氮化物，从而可以进行后续晶体管的制作。
需要说明的是，尽管在本文中已经对上述各实施例进行了描述，但并非因此限制本发明的专利保护范围。因此，基于本发明的创新理念，对本文所述实施例进行的变更和修改，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，直接或间接地将以上技术方案运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，其特征在于，包括如下步骤：
在外延片上沉积源极金属和漏极金属，在外延片上沉积氮化物层；
在外延片上涂布E-Beam光阻；
使用E-Beam电子束在栅极底部进行E-Beam光阻显影，在显影后的E-Beam光阻对氮化物层进行非等向性蚀刻；
蚀刻去除E-Beam光阻；
在外延片上涂布I-Line光阻，I-Line光阻涂布在氮化物层表面；
使用I-Line机台在栅极顶部进行I-Line光阻曝光显影；
沉积栅极金属。
2.根据权利要求1所述的一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，其特征在于，还包括步骤：
蚀刻去除I-Line光阻。
3.根据权利要求1所述的一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，其特征在于，还包括步骤：
蚀刻去除氮化物层。
4.一种半导体器件，其特征在于，所述器件由所述权利要求1到3任意一项的方法制得。
5.一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，应用于自动化生产线的机台控制器上，其特征在于，包括如下步骤：
控制机械手臂抓取沉积有源极金属和漏极金属的外延片，控制机械手臂将外延片传送到氮化物沉积设备进行氮化物沉积；
接收氮化物沉积设备的氮化物沉积完毕信号；
控制机械手臂将外延片传送到E-Beam光阻涂布设备；
发送光阻涂布命令到E-Beam光阻涂布设备进行光阻涂布；
接收到E-Beam光阻涂布完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送到E-Beam曝光设备；
发送曝光指令到E-Beam曝光设备进行E-Beam光阻显影；
接收到E-Beam曝光设备曝光完毕信号；控制机械手臂将外延片传送到氮化物蚀刻设备进行氮化物非等向性蚀刻；
接收氮化物蚀刻设备的蚀刻完毕信号；
控制机械手臂将外延片传送到光阻蚀刻设备进行E-Beam光阻蚀刻；
接收光阻蚀刻设备的蚀刻完毕信号；
控制机械手臂将外延片传送到I-Line光阻涂布设备；
发送光阻涂布命令到I-Line光阻涂布设备进行光阻涂布，I-Line光阻涂布在氮化物层表面；
接收到I-Line光阻涂布完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送到I-Line曝光设备；
发送曝光指令到I-Line曝光设备进行I-Line光阻显影；
接收到I-Line曝光设备曝光完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送金属蒸镀设备进行栅极金属沉积。
6.根据权利要求5所述的一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，其特征在于，还包括步骤：
接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并传送光阻蚀刻设备进行I-Line光阻去除。
7.根据权利要求5所述的一种提高低线宽栅极器件生产效率的方法，其特征在于，还包括步骤：
接收到金属蒸镀设备的金属沉积完毕信号；
控制机械手臂取出外延片并且氮化物去除设备除去氮化物。
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