CN115799059B - 一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，属于半导体技术领域，包括如下步骤：在晶圆表面采用金属剥离工艺制作源漏欧姆接触电极，在晶圆表面旋涂BCB介质；经光刻后显影、高温固化形成BCB介质层，完成栅根制作；晶圆经过灰化、清洗后，在晶圆表面旋涂两层电子束光刻胶，两层电子束光刻胶具有不同灵敏度；通过电子束曝光进行T型栅光刻，显影后形成T型栅双层结构；利用电子束蒸发设备，在晶圆表面蒸发栅极金属；BCB介质剥离工艺剥离晶圆表面其他位置的光刻胶完成双T型栅制作，通过选用BCB介质的双T型栅结构，不仅有效降低了器件的电流崩塌效应，而且降低了栅寄生电容和电阻，改善了器件功率和频率特性。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法。
背景技术
GaN HEMT器件作为三代半导体器件，其固有的物理性质使其非常适合高频、高功率等应用。氮化镓材料具备禁带宽度大、电子饱和速率高、临界击穿电场高和抗辐射能力强等优异特征，因此，基于氮化镓材料的高电子迁移率晶体管，被广泛应用于新一代高功率、高频率的固态微波功率器件制造。
传统的GaN HEMT栅结构，采用氮化硅结构，在制作完源漏金属(S/D)的晶圆表面，采用PECVD方法淀积SiN，再通过光刻掩膜、刻蚀氮化硅形成介质栅槽结构，最后通过光刻、蒸发、剥离形成介质栅。但是，发明人认为，由于氮化硅材料介电常数大，PECVD淀积的SiN介质致密度较低，对电流崩塌效应的抑制作用有限，对提高器件的输出功率不利；氮化硅结构的GaN HEMT结构，由于氮化硅介质的存在，GaN HEMT栅就不可避免地存在寄生电容，称为栅寄生电容。不仅降低芯片的响应速度，而且也对芯片的可靠性构成严重威胁，导致器件栅寄生电容大，高频特性会变差，为此，需要设计出一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法。
需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强理解本公开的背景，并且因此可以包括不构成现有技术的信息。
发明内容
发明人通过研究发现，由于氮化硅材料介电常数大，导致器件栅寄生电容大，存在高频特性会变差。
鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，具体技术方案如下：
一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，包括如下步骤：将晶圆表面经过涂覆光致抗蚀剂、曝光、显影后，以具有一定图形的光致抗蚀剂膜为掩模，带胶蒸发所需的金属，然后在去除光致抗蚀剂的同时，把胶膜上的金属一起剥离干净，在晶圆上只剩下原刻出图形的源漏金属，完成源漏欧姆接触电极制作；在晶圆表面旋涂BCB介质；经光刻后显影、高温固化形成BCB介质层，完成栅根制作；晶圆经过灰化、清洗后，在晶圆表面旋涂两层电子束光刻胶，两层电子束光刻胶具有不同灵敏度；通过电子束曝光进行T型栅光刻，显影后形成T型栅双层结构；利用电子束蒸发设备，在晶圆表面蒸发栅极金属；BCB介质剥离工艺剥离晶圆表面其他位置的光刻胶完成双T型栅制作，通过电子束曝光进行T型栅光刻，显影后形成T型栅双层结构；利用电子束蒸发设备，在晶圆表面蒸发栅极金属；BCB介质剥离工艺剥离晶圆表面其他位置的光刻胶完成双T型栅制作，通过选用BCB介质的双T型栅结构，不仅有效降低了器件的电流崩塌效应，而且降低了栅寄生电容和电阻，改善了器件功率和频率特性。
在本公开的一些实施例中，所述电子束光刻胶为PMMA光刻胶。
相比较现有技术而言，本发明具有以下有益效果：
通过选用BCB介质的双T型栅结构，不仅有效降低了器件的电流崩塌效应，而且降低了栅寄生电容和电阻，改善了器件功率和频率特性；BCB介质的引入也提升了GaN HEMT器件的抗湿气能力，相比于传统的氮化硅介质栅，可靠性等方面也有很大提升。
附图说明
图1为本公开的工艺流程中已制备欧姆接触的晶圆；
图2为本公开的工艺流程中旋涂BCB介质烘烤后示意图；
图3为本公开的工艺流程中BCB介质光刻、显影、固化后示意图；
图4为本公开的工艺流程中旋涂两层电子束光刻胶后的示意图；
图5为本公开的工艺流程中电子束光刻并显影的示意图；
图6为本公开的工艺流程中蒸镀栅极金属的示意图；
图7为本公开的工艺流程中去除光刻胶后，完成栅极制作的示意图；
图中标号说明：1、源极欧姆接触；2、漏极欧姆接触；3、晶圆；4、BCB介质；5、电子束光刻胶Ⅰ；6、电子束光刻胶Ⅱ；7、栅极。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
本文中为部件所编序号本身，Ⅰ、Ⅱ，仅用于区分所表述的对象，不具有任何顺序或技术含义。在本申请的描述中，需要理解的是，方位术语“上”“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简要描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如附图部分的图1至图7所示，公开出一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，包括如下步骤：如图1，在晶圆3表面采用金属剥离工艺制作源漏欧姆接触电极，将晶圆3表面经过涂覆光致抗蚀剂、曝光、显影后，以具有一定图形的光致抗蚀剂膜为掩模，带胶蒸发所需的金属，然后在去除光致抗蚀剂的同时，把胶膜上的金属一起剥离干净，在晶圆3上只剩下原刻出图形的源漏金属，完成源漏欧姆接触电极制作，即源极欧姆接触1和漏极欧姆接触2，如图2，在晶圆3表面旋涂BCB介质4；如图3，经光刻后显影、高温固化形成BCB介质层，完成栅根制作；如图4，晶圆3经过灰化、清洗后，在晶圆3表面旋涂两层电子束光刻胶，两层电子束光刻胶具有不同灵敏度，即电子束光刻胶Ⅰ5和电子束光刻胶Ⅱ6，所述的电子束光刻胶为PMMA光刻胶；如图5，通过电子束曝光进行T型栅光刻，显影后形成T型栅双层结构；如图6，利用电子束蒸发设备，在晶圆表面蒸发栅极金属；如图7，通过剥离工艺剥离晶圆表面其他位置的光刻胶完成双T型栅制作。
本公开的原理是，由于氮化硅介质的存在，GaN HEMT栅就不可避免地存在寄生电容，称为栅寄生电容。不仅降低芯片的响应速度，而且也对芯片的可靠性构成严重威胁，栅寄生电容的公式为：
C=εA/d
其中，ε为电解质的介电常数，A为电极材料的截面积，d为极板间的距离。
由上式可知，在栅结构不变的情况下，减小电介质的介电常数ε，可以有效减小电容值。所以，GaN HEMT栅结构中，选取低介电常数的一种介质替代氮化硅，可以减小栅寄生电容。苯并环丁烯（BCB）具有较低的介电常数，较低的介电损耗，较高的热稳定性能和化学稳定性，较低的吸湿性，优良的加固性能等。
表1 几种常见介质的介电常数
| BCB | Si3N4 | SiO2 | |
| 介电常数 | 2.5～2.6 | 6～9 | 4～5 |
本公开中GaN HEMT栅的结构选用BCB介质栅结构，相比于传统的SiN制备工艺，工艺步骤少，经曝光工艺、显影工艺完成材料图案化转移，经高温固化后形成介质层，在常规介质T型栅制备的基础上进行了优化改进，采用双T型栅结构，不仅有效降低了器件的电流崩塌效应，同时有效降低了栅极7寄生电容和电阻，改善了器件功率和频率特性，提升了GaNHEMT器件的最大振荡频率。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (2)
1.一种GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：将晶圆（3）表面经过涂覆光致抗蚀剂、曝光、显影后，以具有一定图形的光致抗蚀剂膜为掩模，带胶蒸发所需的金属，然后在去除光致抗蚀剂的同时，把胶膜上的金属一起剥离干净，在晶圆（3）上只剩下原刻出图形的源漏金属，完成源漏欧姆接触电极制作；在晶圆（3）表面旋涂BCB介质（4）；经光刻后显影、高温固化形成BCB介质层，完成栅根制作；晶圆（3）经过灰化、清洗后，在晶圆（3）表面旋涂两层电子束光刻胶，两层电子束光刻胶具有不同灵敏度；通过电子束曝光进行T型栅光刻，显影后形成T型栅双层结构；利用电子束蒸发设备，在晶圆表面蒸发栅极金属；通过剥离工艺剥离晶圆表面其他位置的光刻胶完成双T型栅制作。
2.根据权利要求1所述的GaN HEMT BCB介质双层栅制作方法，其特征在于，所述电子束光刻胶为PMMA光刻胶。
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| KR20170095454A (ko) * | 2016-02-12 | 2017-08-23 | 한국전자통신연구원 | 고전자 이동도 트랜지스터 및 그 제조방법 |
| CN107863291A (zh) * | 2017-11-08 | 2018-03-30 | 西安电子科技大学 | 一种制作t型栅结构的电子束光刻方法 |
| CN113690132A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-11-23 | 华南理工大学 | 一种基于双层钝化精准刻蚀的双t型栅的制备方法 |
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