CN1392592A

CN1392592A - 多层胶一次电子束曝光多次显影形成t型栅制作方法

Info

Publication number: CN1392592A
Application number: CN 01118806
Authority: CN
Inventors: 郑英奎; 和致经; 吴德馨; 刘明
Original assignee: MICROELECTRONIC CT CHINESE ACA
Current assignee: MICROELECTRONIC CT CHINESE ACA
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2003-01-22

Abstract

一种多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、分三次在所需材料衬底上匀胶，形成符合胶结构；步骤2、电子束光刻；步骤3、分别在所需材料衬底上进行三次显影，形成T型槽；步骤4、蒸发栅金属：钛/金＝300/3000A；步骤5、剥离形成T型栅。

Description

多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法

本发明是关于一种制作T型栅的新的形成方法，特别是指一种多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法。

T型栅是在采用刻离工艺的深亚微米砷化镓(GaAs)或其他材料场效应晶体管制作中为了减小栅电阻而采用的一种栅的制作方法。目的在于减小栅电阻，提高器件性能。

随着器件工艺水平的不断提高，集成电路向着超大规模发展，器件的特征尺寸越来越小。GaAs为代表的化合物场效应器件制作工艺中，栅的制作是最关键的工艺之一，栅的质量将直接影响器件的性能。

GaAs器件的制作与普通的硅(Si)工艺的最主要的区别是，金属层的制作采用剥离工艺，本发明也是基于这种工艺方法而提出的。

在HFET(Heterojunction Field Effect Transistor异质结场效应晶体管)制作工艺中，为了获得较好的器件高频特性，栅长在不断地缩小。目前，HFET器件的栅长也已经进入了深亚微米特征尺寸。但随之而来也出现了问题，因为虽然光刻技术有了很大的发展，但是普通的光刻方法还是很难实现0.1微米微细线条，所以，我们采用目前在深亚微米光刻技术领域比较有竞争力的电子束直写技术实现0.1微米的线条。

然而，虽然栅长的缩小改善了部分器件性能，但同时也导致了栅电阻的增加，这将带来器件噪声的增加和最大振荡频率的降低等一系列的对器件性能的负面影响。比如对于最小噪声系数(F_min)和最大振荡频率(f_max)，有以下关系式：

F_{\min} = 10 \log (1 + kf C_{gs} \sqrt{\frac{(R_{g} + R_{s})}{g_{m}}})

f_{\max} = \frac{1}{2} f_{T} \sqrt{\frac{R_{ds}}{R_{g} + R_{i} + R_{s} + 2 π f_{T} R_{g} C_{gd} R_{ds}}}

从公式可看出，减小栅电阻(R_g)可降低最小噪声系数，提高最大振荡频率。

本发明的目的在于，提供一种多层胶一次电子束曝光形成深亚微米T型栅制作方法，其可使T型栅的横截面积达到普通栅的2-3倍，这样就可以有效地减小栅电阻，提高器件的性能。

本发明一种多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分三次在所需材料衬底上匀胶，形成符合胶结构；

步骤2、电子束光刻；

步骤3、分别在所需材料衬底上进行三次显影，形成T型槽；

步骤4、蒸发栅金属：钛/金＝300/3000；

步骤5、剥离形成T型栅。

其中步骤1中均胶的复合胶结构为聚异丁烯酸甲脂-聚异丁烯酸甲脂及其甲基丙烯酸共聚物-聚异丁烯酸甲脂三层结构，分别在170℃烘干60分钟。

其中步骤2中的电子束光刻的曝光条件为：500μc、100pA。

其中步骤3中分别在所需衬底上进行三次显影，其分别是：

1：四甲基戊酮/异丙醇＝1/3、温度26℃、显影30秒，异丙醇冲洗，

甩干-80℃烘10分钟，显掉最上面一层，开出栅的窗口；

2：甲醇/异丙醇＝1/1、温度26℃、显影15秒，异丙醇冲洗，甩干-

80℃烘10分钟，显中间层，形成栅的顶部；甲醇/异丙醇显影液只

对聚异丁烯酸甲脂及其甲基丙烯酸共聚物胶起作用，而不会对聚异

丁烯酸甲脂胶产生很大影响，通过控制这一步的显影时间可以调整

T型栅顶部的宽度；

3：四甲基戊酮/异丙醇＝1/3、温度26℃、显影30秒，异丙醇冲洗，

甩干，显最下面一层，形成0.1微米的底部。

其中步骤4中的蒸发栅金属是：钛/金＝300/3000。

为进一步说明本发明的内容以及所能达成的功效，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：

图1是现有技术中普通栅示意图；

图2是本发明T型栅示意图；

图3是现有技术中多次套刻形成T型栅的流程示意图；

图4是本发明复合胶形成T型栅的流程示意图；

图5是T型栅剖面图。

为了在不减小栅长的前提下使栅电阻降低以提高器件的性能，T型栅的应用被认为是一种可行有效的方法，图1、图2给出了普通栅与T型栅示意图，两图对比可看出，采用同样的栅长，T型栅的横截面积可以达到普通栅的2-3倍，这样就可以有效地减小栅电阻。

在器件制作工艺中采取了很多方法获得T型栅，如多次套刻等工艺方法的应用。然而这些方法的稳定性和易行性都有待提高。

下面以电子束用PMMA(Polymethylmethacrylate聚异丁烯酸甲脂)胶与i线胶结合的方法为例说明多次套刻T型栅的步骤，如图3所示：

步骤1、在衬底上匀PMMA胶，利用电子束直写曝光，通过显影形成T型栅的底部；

步骤2、由于PMMA胶烘烤温度较高(170℃)，且不会因普通的i线光源照射而分解，所以可在PMMA胶上再用i线胶进行套刻，形成T型栅的顶层；

步骤3、蒸发栅金属，通过剥离形成T型栅。

这种方法需要进行两次套刻，工艺较复杂。

我们提出的利用复合胶工艺，结合电子束直写光刻技术，利用电子束一次曝光多次显影的方法，不但实现了深亚微米的栅长，而且通过剥离工艺形成了完美的T型栅，达到了减少工艺步骤，提高器件性能的目的。

我们是利用电子束曝光技术和PMMA-PMMA/MAA(Polymethylmethacrylate and its methacrylic acid copolymer聚异丁烯酸甲脂及其甲基丙酸烯共聚物)-PMMA复合胶(见图4)工艺，并利用不同显影液对胶的显影速度的差别，通过一次曝光多次显影形成了0.1微米的T型栅(见图5)。

对于传统GaAs器件工艺中的单层胶结构，很难产生既深且窄的栅槽，并通过剥离(Lift-off)工艺来形成低阻的细栅条。而通过复合胶工艺蒸发完成栅的制作后(330nm金属、700nm胶)，不但形成了0.1微米的栅条，而且在剥离时，它还表现出了易于剥离的优异特点。具体的栅的制作工艺步骤如下(衬底已准备好)：

步骤1、匀胶：匀PMMA胶进行电子束光刻；

步骤2、匀胶：PMMA/MAA胶3500-烘170℃60分钟；

步骤3、匀胶：PMMA/C2胶1800-烘170℃60分钟，到此形成复合胶结构；

步骤4、电子束光刻，曝光条件：500μc；100pA；

步骤5、显影：MIBK(四甲基戊酮)/IPA(异丙醇)＝1/3(26℃)显30秒，IPA冲洗，甩干-80℃烘10分钟(显掉最上面一层，开出栅的窗口)；

步骤6、显影：甲醇/IPA＝1/1(26℃)显15秒，IPA冲洗，甩干-80℃烘10分钟(显中间层，形成栅的顶部)；甲醇/IPA显影液只对PMMA/MAA胶起作用，而不会对PMMA胶产生很大影响，通过控制这一步的显影时间可以调整T型栅顶部的宽度。

步骤7、显影：MIBK/IPA＝1/3(26℃)显30秒，IPA冲洗，甩干(显最下面一层，形成0.1微米的底部)；

步骤8、蒸发栅金属：Ti/Au＝300/3000；

步骤9、剥离形成T型栅

复合胶工艺形成T型栅，只需要进行一次电子束直写曝光，就可以通过不同的显影液进行显影形成T型槽，具有工艺步骤少，工艺稳定等优点。

对于制作微波电路，器件的特性将直接影响电路的质量，而器件的性能与栅的质量有很大的关系。对于中小规模的微波电路，剥离技术形成T型栅也将对改善器件的特性进而提高整个电路的性能起到关键的作用。

这种T型栅的制作技术也有希望应用其他种类的光刻胶和曝光方法实现，如果能够取得成功，将会使T型栅应用到更加广泛的领域中，充分发挥它的优越性。

Claims

1、一种多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、分三次在所需材料衬底上匀胶，形成符合胶结构；

步骤2、电子束光刻；

步骤3、分别在所需材料衬底上进行三次显影，形成T型槽；

步骤4、蒸发栅金属：钛/金＝300/3000；

步骤5、剥离形成T型栅。

2、根据权利要求1所述的多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，其中步骤1中均胶的复合胶结构为聚异丁烯酸甲脂-聚异丁烯酸甲脂及其甲基丙烯酸共聚物-聚异丁烯酸甲脂三层结构，分别在170℃烘干60分钟。

3、根据权利要求1所述的多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，其中步骤2中的电子束光刻的曝光条件为：500μc、100pA。

4、根据权利要求1所述的多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，其中步骤3中分别在所需衬底上进行三次显影，其分别是：

甩干-80℃烘10分钟，显掉最上面一层，开出栅的窗口；

T型栅顶部的宽度；

甩干，显最下面一层，形成0.1微米的底部。

5、根据权利要求1所述的多层胶一次电子束曝光多次显影形成T型栅制作方法，其特征在于，其中步骤4中的蒸发栅金属是：钛/金＝300/3000。