CN111933523B - 一种用于化合物半导体器件的t型栅制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，属于半导体芯片制造技术领域，包括淀积氮化硅介质层，一次光刻制作光刻图形，对光刻图形进行腐蚀，淀积二氧化硅介质层，腐蚀二氧化硅介质层，去胶清洗形成图形，二次光刻形成源漏图形并腐蚀二氧化硅介质层，三次光刻形成源漏图形并腐蚀氮化硅介质层形成源电极及漏电极图形，蒸发钛、铝、钛、金形成源漏电极金属并形成欧姆接触，四次光刻形成栅电极光刻图形并腐蚀氮化硅介质层，蒸发镍、铂、金金属并剥离掉多余的金属形成栅电极金属。本发明通过光学光刻、介质淀积、干法腐蚀和清洗等工艺制作的T型栅，增强了器件的可靠性、提高了MMIC的生产效率，具有重大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片制造技术领域，尤其是一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，用于制备0.1微米的T型栅。
背景技术
以砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)为代表的化合物半导体材料具有许多优良的特性，如高临界击穿电场、高电子迁移率、高二维电子气浓度和良好的高频率性等。
基于化合物半导体的高电子迁移率晶体管(HEMT)器件已经得到了广泛应用，尤其在射频、微波领域具有明显优势。为了减小栅的电阻，一般采用T型的栅形状，制作方法有通过电子束光刻和光线光学中利用RELACS辅助完成。制作方法通常有两种，其缺点是：生产效率低、工艺精度不易控制、良率较低。
（1）采用PMMA/P(MMA-MAA)/PMMA三层胶结构,通过优化电子束直写电压、束流和显影等工艺参数,得到了理想的光刻胶形貌。
（2）利用RELACS化学收缩辅助技术制作了I线三层胶结构的“T”型栅。
由于在GaAs MMIC和GaN MMIC的芯片制作过程中栅极需要具有低的电阻和亚微米栅长才能达到更高频率的工作，实现高性能的MMIC芯片。在化合物半导体MMIC工艺加工过程中形成了多种T型栅的加工工艺。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，通过光学光刻、介质淀积、干法腐蚀和清洗等加工工艺完成，有效的提高了器件的生产效率，增强了器件的可靠性，在微波毫米波MMIC制作工艺中具有重大的实用价值。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，包括以下步聚：
S1：利用回旋共振等离子设备在衬底上淀积氮化硅介质层；
S2：利用光刻工艺进行一次光刻，在氮化硅介质层上制作光刻图形；
S3：利用氧等离子体刻蚀设备对光刻图形进行干法腐蚀；
S4：利用溅射设备淀积二氧化硅介质层；
S5：利用不同浓度的氢氟酸缓冲溶液进行湿法腐蚀二氧化硅介质层；
S6：利用湿法去胶设备进行去胶，然后清洗，形成上宽下窄的去胶清洗后图形；
S7：在图形上涂光刻胶一，利用光刻工艺进行二次光刻，形成源漏图形，并腐蚀多余二氧化硅介质层至氮化硅介质层表面；
S8：利用光刻工艺进行三次光刻，形成源漏图形，利用ICP刻蚀设备腐蚀氮化硅介质层至衬底表面；
S9：利用蒸发设备分别一层层的蒸发钛、铝、钛、金四层金属，蒸发四层金属的总厚度为6000埃；
S10：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶一，形成源电极及漏电极金属；利用合金炉设备对源电极及漏电极金属进行合金与半导体形成欧姆接触；
S11：涂光刻胶二，利用光刻工艺进行四次光刻，形成栅电极的光刻图形；
S12：利用ICP刻蚀设备腐蚀栅电极的光刻图形中的氮化硅介质层至衬底表面；
S13：利用蒸发设备分别一层层的蒸发镍、铂、金三层金属，蒸发三层金属的总厚度为6000埃；
S14：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶二，形成栅电极金属。
本发明技术方案的进一步改进在于：S1中，氮化硅介质层的厚度为400埃；衬底从上至下依次为AlGaN层、GaN层、过渡层、基底层。
本发明技术方案的进一步改进在于：S2中，光刻图形的宽度为270nm；S3中，光刻图形进行干法腐蚀至宽度为100nm。
本发明技术方案的进一步改进在于：S4中，二氧化硅介质层的厚度为4000埃。
本发明技术方案的进一步改进在于：在S2、S7、S8、S11中，所述光刻工艺包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜。
本发明技术方案的进一步改进在于：S5中，利用浓度一的氢氟酸缓冲溶液进行第一次湿法腐蚀二氧化硅介质层3厚度至3000埃；利用浓度二的氢氟酸缓冲溶液进行第二次湿法腐蚀得到湿法腐蚀二氧化硅图形；浓度一的氢氟酸缓冲溶液的配比为：氢氟酸:氟化铵:水=1:4:10；浓度二的氢氟酸缓冲溶液的配比为：氢氟酸:氟化铵:水=1:3:20。
本发明技术方案的进一步改进在于：S6中，去胶清洗后图形底部宽为100nm，上部宽为200nm。
本发明技术方案的进一步改进在于：S9中，蒸发钛的厚度为200埃，铝的厚度为500埃，钛的厚度为200埃，金的厚度为5100埃；S13中，蒸发镍的厚度为100埃、铂的厚度为500埃、金的厚度为5400埃。
本发明技术方案的进一步改进在于：S14中，栅电极金属的底部宽度H为100nm，斜边与衬底的夹角α为60º。
本发明技术方案的进一步改进在于：介质层、光刻胶的厚度误差控制在±10%以内；蒸发金属的厚度误差控制在±5%以内；形成的源漏金属厚度、栅极金属图形的宽度误差控制在±5%以内。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
1、本发明是在GaAs MMIC和GaN MMIC生产过程中利用光学光刻制作栅极，制备的T型栅具有较小的栅电阻和良好的芯片高频性能，提高了配件的频率特性和噪声特性，解决了MMIC生产过程中的关键工艺加工技术。
2、本发明在制作过程中利用回旋共振等离子体设备淀积氮化硅，制备的T型栅致密，折射率为2.02。
3、本发明在制作过程中采用了溅射方法制作二氧化硅介质层，实现了介质的低温工艺，有效的保护了光刻胶；其溅射方法采用定向溅射设备完成，其生产的二氧化硅介质层的厚度可根据需求进行工艺调节。
4、本发明所用涂刷的光刻胶种类适应性较强，可选用常用的光刻胶，制作成本低，工艺简单易操作。
5、本发明采用双频功率源的ICP刻蚀设备，刻蚀效果良好。
6、本发明采用的源漏级金属为：钛（Ti）（200埃）、铝（Al）（500埃）、钛（Ti）（200埃）、金（Au）（5100埃）四层金属，制备的源漏电极更加适合T型栅电极的制备。
7、本发明采用的栅级金属为：镍（Ni）（100埃）、铂（Pt）（500埃）、金（Au）（5400埃）三层金属，制备T型栅电极提高了器件的工作效率，增强了器件的可靠性，在微波毫米波MMIC制作工艺中具有重大的实用价值。
附图说明
图1是本发明工艺完成后的栅电极的扫描电子显微镜局部图；
（a）栅电极的局部剖面图；
（b）栅电极的底部放大图；
图2是本发明淀积氮化硅示意图；
图3是本发明一次光刻示意图；
图4是本发明氧等离子体腐蚀示意图；
图5是本发明溅射二氧化硅示意图；
图6是本发明用氢氟酸缓冲溶液第一次湿法腐蚀二氧化硅示意图一；
图7是本发明用氢氟酸缓冲溶液第二次湿法腐蚀二氧化硅示意图二；
图8是本发明去胶清洗后示意图；
图9是本发明二次光刻并腐蚀多余二氧化硅示意图；
图10是本发明三次光刻形成源漏电极图形并腐蚀氧化硅的示意图；
图11是本发明蒸发TiAlTiAu并剥离形成源漏电极示意图；
图12是本发明四次光刻形成栅电极图形示意图；
图13是本发明ICP刻蚀设备腐蚀氮化硅介质层至有衬底表面示意图；
图14是本发明蒸发NiPtAu并剥离后形成T型栅示意图；
图15是利用本发明完成的形成MMIC芯片图。
其中，1、氮化硅介质层，2、光刻图形，3、二氧化硅介质层，4、湿法腐蚀二氧化硅图形，5、去胶清洗后图形，6、光刻胶一，7、源电极，8、漏电极，9、光刻胶二，10、栅电极，11、AlGaN层，12、GaN层，13、过渡层，14、基底层。
具体实施方式
本发明是针对目前制作T型栅的方法存在的生产效率低、工艺精度不易控制、良率较低而研发的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法。
下面结合附图1～15对本发明做进一步详细说明：
一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，包括以下步聚：
S1：利用回旋共振等离子设备在衬底上淀积厚度为400埃的氮化硅（Si3N4）介质层1；衬底从上至下依次为AlGaN层11、GaN层12、过渡层13、基底层14；如图2所示。图3-14图形中的衬底均为如图2所示的AlGaN层11、GaN层12、过渡层13、基底层14。
S2：利用包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜的光刻工艺进行一次光刻，在氮化硅介质层1上制作宽度为270nm的光刻图形2；如图3所示。
S3：利用氧等离子体刻蚀设备对光刻图形2进行干法腐蚀至宽度为100nm；如图4所示。
S4：利用溅射设备淀积厚度为4000埃的二氧化硅（SiO2）介质层3；如图5所示。
S5：利用不同浓度的氢氟酸缓冲溶液进行湿法腐蚀二氧化硅介质层3。
利用浓度一的氢氟酸缓冲溶液（氢氟酸:氟化铵:水的比例为：1:4:10）进行第一次湿法腐蚀二氧化硅介质层3厚度至3000埃，如图6所示；
利用浓度二的氢氟酸缓冲溶液（氢氟酸:氟化铵:水的比例为：1:3:20）进行第二次湿法腐蚀得到湿法腐蚀二氧化硅图形4，如图7所示。
S6：利用湿法去胶设备进行去胶，然后清洗，形成底部宽为100nm，上部宽为200nm上宽下窄的去胶清洗后图形5；如图8所示。
S7：在去胶清洗后图形5上涂光刻胶一6，利用包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜的光刻工艺进行二次光刻，形成源漏图形，并腐蚀多余二氧化硅（SiO2）介质层3至氮化硅介质层1表面；如图9所示。
S8：利用包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜的光刻工艺进行三次光刻，形成源漏图形，利用ICP刻蚀设备腐蚀氮化硅介质层1至衬底表面；如图10所示。
S9：利用蒸发设备分别一层层的蒸发钛（Ti）、铝（Al）、钛（Ti）、金四（Au）层金属，蒸发四层金属的总厚度为6000埃；蒸发钛（Ti）的厚度为200埃，铝（Al）的厚度为500埃，钛（Ti）的厚度为200埃，金（Au）的厚度为5100埃；如图11所示。
S10：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶一6，形成源电极7及漏电极8金属；利用合金炉设备对源电极7及漏电极8金属进行合金与半导体形成欧姆接触；
S11：涂光刻胶二9，利用包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜的光刻工艺进行四次光刻，形成栅电极10的光刻图形；如图12所示。
S12：利用ICP刻蚀设备腐蚀栅电极10的光刻图形中的氮化硅介质层1至衬底表面；如图13所示。
S13：利用蒸发设备分别一层层的蒸发镍（Ni）、铂（Pt）、金（Au）三层金属，蒸发三层金属的总厚度为6000埃；蒸发镍（Ni）的厚度为100埃、铂（Pt）的厚度为500埃、金（Au）的厚度为5400埃；如图14所示。
S14：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶二9，形成栅电极10金属；栅电极8金属的底部宽度H为100nm，斜边与衬底的夹角α为60º；如图14所示。
以上各步骤中，介质层、光刻胶的厚度误差控制在±10%以内；蒸发金属的厚度误差控制在±5%以内；形成的源漏金属宽度、栅极金属图形的宽度误差控制在±5%以内。
利用以上方法制备的栅电极10金属完成的形成MMIC芯片图，如图15所示。
综上所述，本发明通过光学光刻、介质淀积、干法腐蚀和清洗等加工工艺完成制作的T型栅，有效的提高了器件的工作效率，增强了器件的可靠性，在微波毫米波MMIC制作工艺中具有重大的实用价值。
Claims (10)
1.一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：包括以下步聚：
S1：利用回旋共振等离子设备在衬底上淀积氮化硅介质层（1）；
S2：利用光刻工艺进行一次光刻，在氮化硅介质层（1）上制作光刻图形（2）；
S3：利用氧等离子体刻蚀设备对光刻图形（2）进行干法腐蚀；
S4：利用溅射设备淀积二氧化硅介质层（3）；
S5：利用不同浓度的氢氟酸缓冲溶液进行湿法腐蚀二氧化硅介质层（3）；
S6：利用湿法去胶设备进行去胶，然后清洗，形成上宽下窄的去胶清洗后图形（5）；
S7：在图形上涂光刻胶一（6），利用光刻工艺进行二次光刻，形成源漏图形，并腐蚀多余二氧化硅介质层（3）至氮化硅介质层（1）表面；
S8：利用光刻工艺进行三次光刻，形成源漏图形，利用ICP刻蚀设备腐蚀氮化硅介质层（1）至衬底表面；
S9：利用蒸发设备分别一层层的蒸发钛、铝、钛、金四层金属，蒸发四层金属的总厚度为6000埃；
S10：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶一（6），形成源电极（7）及漏电极（8）金属；利用合金炉设备对源电极（7）及漏电极（8）金属进行合金与半导体形成欧姆接触；
S11：涂光刻胶二（9），利用光刻工艺进行四次光刻，形成栅电极（10）的光刻图形；
S12：利用ICP刻蚀设备腐蚀栅电极（10）的光刻图形中的氮化硅介质层（1）至衬底表面；
S13：利用蒸发设备分别一层层的蒸发镍、铂、金三层金属，蒸发三层金属的总厚度为6000埃；
S14：利用剥离设备剥离掉多余的金属及光刻胶二（9），形成栅电极（10）金属。
2.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S1中，氮化硅介质层（1）的厚度为400埃；衬底从上至下依次为AlGaN层（11）、GaN层（12）、过渡层（13）、基底层（14）。
3.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S2中，光刻图形（2）的宽度为270nm；S3中，光刻图形（2）进行干法腐蚀至宽度为100nm。
4.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S4中，二氧化硅介质层（3）的厚度为4000埃。
5.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：在S2、S7、S8、S11中，所述光刻工艺包括涂胶、曝光、前烘、显影、坚膜。
6.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S5中，利用浓度一的氢氟酸缓冲溶液进行第一次湿法腐蚀二氧化硅介质层3厚度至3000埃；利用浓度二的氢氟酸缓冲溶液进行第二次湿法腐蚀得到湿法腐蚀二氧化硅图形（4）；浓度一的氢氟酸缓冲溶液的配比为：氢氟酸:氟化铵:水=1:4:10；浓度二的氢氟酸缓冲溶液的配比为：氢氟酸:氟化铵:水=1:3:20。
7.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S6中，去胶清洗后图形（5）底部宽为100nm，上部宽为200nm。
8.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S9中，蒸发钛的厚度为200埃，铝的厚度为500埃，钛的厚度为200埃，金的厚度为5100埃；S13中，蒸发镍的厚度为100埃、铂的厚度为500埃、金的厚度为5400埃。
9.根据权利要求1所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：S14中，栅电极（10）金属的底部宽度H为100nm，斜边与衬底的夹角α为60º。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种用于化合物半导体器件的T型栅制作方法，其特征在于：介质层、光刻胶的厚度误差控制在±10%以内；蒸发金属的厚度误差控制在±5%以内；形成的源漏金属宽度、栅极金属图形的宽度误差控制在±5%以内。
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