專利名稱：在磷化銦襯底上制備t型柵的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及化合物半導體技術領域，尤其涉及一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法。
背景技術：
柵的制備是高電子遷移率晶體管(HEMT)器件制作工藝中最關鍵的工藝。由于柵長大小直接決定了 HEMT器件的頻率、噪聲等特性，柵長越小，器件的電流截止頻率(fT)和功率增益截止頻率(fmax)越高，器件的噪聲系數(shù)也越小，人們通過不斷減小高電子遷移率晶體管(HEMT)器件的柵長來得到更好特性的器件。隨著柵長縮短，柵電阻增大，當柵長減至0. 5μπι以下時，柵電阻的微波損耗使增益衰減比較嚴重。因此要在柵金屬的頂部構筑大的金屬截面，從而形成T形柵的制作方法。目前國際上制作T型柵的方法大體上分為有介質輔助支撐和無介質輔助支撐兩類。介質輔助支撐的T型柵機械穩(wěn)定，T型柵不易倒塌，介質薄膜增大了柵源間的寄生電容， 同時也削弱了高頻性能。而且介質輔助支撐的T型柵制作過程相對復雜，對設備的依賴比較大，需要RIE設備在介質上刻蝕小細線條，且要兩次電子束曝光，條件復雜。Akira Endoh 等人2001年利用該技術成功制作出50納米柵長的ΗΕΜΤ，獲得了 395GHz的電流增益截止頻率，540GHz的最大可獲取功率截止頻率。同時為解決T型柵柵腳過細的機械穩(wěn)定性問題， Kang-SungLee等人2007年放棄輔助支撐的介質層，利用折線型T型柵腳，成功制作出35納米的GaAs基HEMT，獲得了 440GHz的電流增益截止頻率，520GHz的最大可獲取功率截止頻率。傳統(tǒng)的無介質輔助支撐的T型柵工藝制作工藝相對簡單，只需用到濕法腐蝕和電子束工藝。制作T型柵，常用到常規(guī)兩層MPR/PMMA結構，常規(guī)三層PMMA/P (MMA-MAA) /PMMA結構， ZEP/PMGI/ZEP 結構，PMMA/PMGI/PMMA 復合膠結構，ZEP520/PMGI/ZEP520 結構和四層 PMGI/ ZEP520/PMGI/ZEP520結構，分別采取一次電子束曝光、兩次電子束曝光和混合曝光的方法來獲取細柵線條。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的之一在于以克服目前高電子遷移率晶體管(HEMT)T型納米柵制備時存在的不足，提供一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法。根據(jù)本發(fā)明的一個方面提供一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法按如下步驟A、清洗磷化銦襯底外延片，在真空烘箱內將六甲基二硅氨烷(HMDQ蒸發(fā)在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上勻第一層電子束膠PMGI，然后前烘；C、在上述第一層電子束膠PMGI上勻第二層電子束膠^P520A，然后前烘；D、在上述第二層電子束膠觀 52(^上勻第三層電子束膠PMGI，然后前烘；E、在上述第三層電子束膠上勻第四層電子束膠PMMA，然后前烘；F、將上述勻有四層束膠層的外延片進行電子束曝光；
G、對上述曝光處理后的外延片的各層依次進行顯影；H、對上述顯影后的外延片進行腐蝕柵槽，蒸發(fā)柵金屬并剝離，即形成晶體管T型納米柵。通過本發(fā)明提供的制備T型柵的方法可作出極小尺寸的納米柵線條，且制作過程只需一次電子束曝光，且不需對準，可靠性強，不需要生長和刻蝕介質，大大減小了工藝難度。


圖1為本發(fā)明實施例提供的PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四層電子束膠結構和一次電子束曝光和顯影后制備的T型柵形貌圖；圖2為本發(fā)明實施例提供的PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四層電子束膠結構制備的 T形狀柵形貌；圖3為本發(fā)明實施例提供的工藝流程圖。本發(fā)明目的、功能及優(yōu)點將結合實施例，參照附圖做進一步說明。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法總體技術方案的實現(xiàn)流程圖，該方法包括以下步驟步驟301、清洗磷化銦襯底外延片，先用丙酮沖洗，再用乙醇沖洗，然后用去離子水沖洗，如此反復至少7次，最后用氮氣吹干，吹干后將其在120度的真空烘箱內將六甲基二硅氨烷(HMDQ蒸發(fā)在清洗后的外延片上，待用。步驟302、將上述外延片上勻一層易于實現(xiàn)去膠和剝離的第一層電子束膠PMGI， 然后在180度烘箱中前烘6分鐘。前烘后第一層電子束膠PMGI的厚度典型值為400埃。步驟303、在所述第一層電子束膠PMGI上勻第二層電子束膠^P520A，然后在180 度烘箱中前烘30分鐘；前烘后的第二層電子束膠ZEP520A厚度典型值為500埃。步驟304、在所述第二層電子束膠ZEP520A上勻第三層電子束膠PMGI，然后在180 度前烘箱中烘6分鐘。前烘后第三層電子束膠PMGI的厚度典型值為5500埃。步驟305、在所述第三層電子束膠上勻第四層電子束膠PMMA，然后在180度烘箱中前烘30分鐘。前烘后第四層電子束膠PMMA的厚度典型值為2500埃。步驟306、將上述勻有四層束膠層的外延片進行一次電子束曝光；所述電子束曝光的條件為曝光劑量ΙΟΟΟμ C/cm2，電子束加速電壓100kV。步驟307、依次顯影上述曝光處理后的外延片上的四層束膠層(如圖1所示)，即第四層電子束膠PMMA，第三層電子束膠PMGI，第二層電子束膠ZEP520A和易于實現(xiàn)去膠和剝離的第一層電子束膠PMGI ；將第四層PMMA在四甲基乙戊酮MIBK和異丙醇IPA混合的顯影液中顯影20分鐘， 在IPA中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分鐘；顯影液按體積比四甲基乙戊酮MIBK 異丙醇IPA = 3 1 ；
將第三層PMGI在體積百分比體積比為10%的四甲基氫氧化氨和H2O混合的顯影液中顯影1分鐘，在H2O中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分鐘；顯影液按體積比為 TAHM H2O = 1 4 ；將第二層ZEP520A在乙酸丁脂ZED-N50顯影液中顯影5秒鐘，在MIBK中定影15 秒，而后在60度烘箱中后烘6分鐘；將第一層PMGI在體積比為10%的四甲基氫氧化氨和H2O混合的顯影液中顯影20 秒，在H2O中定影30秒，而后在60度烘箱中后烘6分鐘；顯影液按體積比為TAHM H2O = 1 4。步驟308、對上述顯影后外延片進行腐蝕柵槽，蒸發(fā)柵金屬并剝離，形成晶體管T 型納米柵(參見圖2)；顯影后的輪廓圖見圖2所示，第一層PMGI顯影平均展寬400納米，第二層^P520A 顯影平均展寬150納米，第三層PMGI顯影平均展寬1120納米，第四層PMMA顯影平均展寬 350納米。腐蝕柵槽包括對于帽層/腐蝕截止層為銦鎵砷(InGaAs) /磷化銦(InP)的材料， 采用檸檬酸和雙氧水的混合液進行腐蝕15秒；檸檬酸和雙氧水的混合液按體積比1 1混合。所述蒸發(fā)的柵金屬由外延片表面向上依次為鈦(Ti)/鉬(Pt)/金(Au)，其厚度的典型值分別為 250 A /250 A /3000 A。本發(fā)明實施例提供的一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法具有以下有益效果1、本發(fā)明與采用電子束膠結構制備高電子遷移率晶體管(HEMT)T型柵的傳統(tǒng)方法相比，具有容易制作更小尺寸的柵線條，容易去膠，工藝簡單，可靠性強等特點。2、采用PMMA/PMGI/PMMA電子束結構制備高電子遷移率晶體管(HEMT)T型納米柵的傳統(tǒng)方法，由于PMMA電子束膠對顯影液非常敏感，顯影出的線條尺寸容易變大，這種方法顯影時間不好控制，不易作出極小尺寸的納米柵線條。本發(fā)明采用的PMGIAEP520A/ PMGI/PMMA四層電子束膠結構中使用了 ^P520A電子束膠，ZEP520A電子束膠對顯影液敏感度較低，顯影出的線條尺寸隨時間變化很小，顯影時間容易控制，容易制作出極小尺寸的柵線條，可靠性強。3、采用^P520A/PMGIAEP520A電子束膠結構制備高電子遷移率晶體管(HEMT)T 型納米柵的傳統(tǒng)方法，這種傳統(tǒng)方法在柵帽版曝光完成后，需將外延片取出電子束光刻機進行顯影，之后再重新放入電子束光刻機進行柵腳的曝光，這樣多次移動外延片將會人為的增加柵帽和柵腳的對準誤差。由于底層^P520A電子束膠與外延片粘附性不好，需要在外延片上先淀積一層介質(通常為氮化硅或二氧化硅)，在顯影后再將柵槽處的介質刻蝕掉，但納米尺寸的細線條刻蝕很難控制，工藝難度較大；且由于底層電子束膠較難去除，容易影響器件的特性。本發(fā)明采用PMGIAEP520A/PMGI/PMMA四層電子束膠結構， 在外延片上先勻一層PMGI電子束膠，以增加^P520A電子束膠與外延片的粘附性，不需要生長和刻蝕介質，大大減小了工藝難度，且由于PMGI膠去膠很容易，不存在去膠問題。此夕卜，本發(fā)明只需一次電子束曝光，不存在對準問題，工藝簡單可靠。4、采用本發(fā)明方法可以制作出120nm的柵線條，整個制作過程只需一次電子束曝光，且不需對準，可靠性強，不需要生長和刻蝕介質，大大減小了工藝難度。
上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種在磷化銦襯底上制備T型柵的方法，其特征在于，包括步驟如下A、清洗磷化銦襯底外延片，在真空烘箱內將六甲基二硅氨烷HMDS蒸發(fā)在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上勻第一層電子束膠PMGI，然后前烘；C、在上述第一層電子束膠PMGI上勻第二層電子束膠^P520A，然后前烘；D、在上述第二層電子束膠ZEP520A上勻第三層電子束膠PMGI，然后前烘；E、在上述第三層電子束膠上勻第四層電子束膠PMMA，然后前烘；F、將上述勻有四層束膠層的外延片進行電子束曝光；G、對上述曝光處理后的外延片的各層依次進行顯影；H、對上述顯影后的外延片進行腐蝕柵槽，蒸發(fā)柵金屬并剝離，即形成晶體管T型納米柵。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟A所述清洗外延片的步驟包括先用丙酮沖洗，再用乙醇沖洗，然后用去離子水沖洗，如此反復至少7次，最后用氮氣吹干。
3.根據(jù)權利要求1所述的在磷化銦襯底上制備T型柵的方法，其特征在于 所述步驟A清洗后的外延片在120度的真空烘箱處理。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟B中所述第一層電子束膠PMGI前烘條件為在180度烘箱中烘6分鐘，前烘后厚度為400埃。
5.根據(jù)權利要求1所述的在磷化銦襯底上制備T型柵的方法，其特征在于步驟C中所述第二層電子束膠^P520A前烘條件為在180度烘箱中烘30分鐘，前烘后的典型厚度為500埃。
6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟D中所述第三層電子束膠PMGI前烘條件為在180度烘箱中烘6分鐘，前烘后的厚度典型值為5500埃。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟E中所述第四層電子束膠PMMA前烘條件為在180度烘箱中烘30分鐘，前烘的厚度典型值為2500埃。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于步驟F中所述電子束曝光的條件為曝光劑量ΙΟΟΟμ C/cm2，電子束加速電壓100kV。
9.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟G中各層依次進行顯影條件為 所述第四層PMMA在體積比為3 1的四甲基乙戊酮MIBK和異丙醇顯影液中顯影20分鐘，在IPA中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分鐘；所述第三層PMGI在體積比為1 41的體積比為10 %的四甲基氫氧化氨TAHM和H2O 顯影液中顯影1分鐘，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分鐘；所述第二層ZEP520A在乙酸丁脂ZED-N50顯影液中顯影5秒鐘，在四甲基乙戊酮MIBK 中定影15秒，在60度烘箱中后烘6分鐘；所述第一層PMGI在在體積比為1 41的體積比為10 %的四甲基氫氧化氨TAHM和H2O 顯影液中顯影20秒，在H2O中定影30秒，在60度烘箱中后烘6分鐘。
10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟H中所述腐蝕柵槽包括對于帽層/腐蝕截止層為銦鎵砷InGaAs/磷化銦InP 的材料，采用體積比為1 1的檸檬酸和雙氧水的溶液進行腐蝕。
11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述步驟H中蒸發(fā)的柵金屬由外延片表面向上依次為鈦Ti/鉬Pt/金Au，其厚度的典型值分別為 250 A / 250 A / 3000 A。
全文摘要
公開了在磷化銦襯底上制備T型柵的方法包括A、清洗磷化銦襯底外延片，在真空烘箱內將六甲基二硅氨烷(HMDS)蒸發(fā)在清洗后的外延片上；B、在上述外延片上勻第一層電子束膠PMGI，前烘；C、在上述第一層電子束膠PMGI上勻第二層電子束膠ZEP520A，前烘；D、在上述第二層電子束膠ZEP520A上勻第三層電子束膠PMGI，前烘；E、在上述第三層電子束膠上勻第四層電子束膠PMMA，然后前烘；F、將上述勻有四層束膠層的外延片進行電子束曝光；G、對上述曝光處理后的外延片的各層依次進行顯影；H、對顯影后的外延片進行腐蝕柵槽，蒸發(fā)柵金屬并剝離，形成晶體管T型納米柵。采用本發(fā)明可以制作出120nm的柵線條。
文檔編號H01L21/28GK102569046SQ201010577818
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月7日 優(yōu)先權日2010年12月7日
發(fā)明者張海英, 楊浩, 郭天義, 黃杰 申請人:中國科學院微電子研究所