專利名稱：一次電子束曝光形成高寬窄比t形柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為 一 種應(yīng)用于氮化鎵(GaN )基半導(dǎo)體器件 的T形柵的制作方法，特別是指 一 次電子束曝光形成 高寬窄比T形柵的制作方法。
背景技術(shù)：
以氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)為代表的寬禁 帶半導(dǎo)體材料具有禁帶寬度大，電子漂移速度大，熱 傳導(dǎo)率高等特點(diǎn)。因此它們?cè)谧鰹槔硐氲拇蠊β孰娮?材料的同時(shí)，在超高頻領(lǐng)域也具有巨大的潛力。目前， 雖然GaN材料的生長技術(shù)制約了 GaN基半導(dǎo)體器件性
能的發(fā)展，但是，最高振蕩頻率()為2 0 0 GHz的 GaN基高電子遷移率晶體管(HEMT)也已經(jīng)問世。
GaN基半導(dǎo)體器件的高頻性能與器件柵極的制作
工藝密切相關(guān)。柵長(Zg )越小，柵電阻(& )越低則器件的截至頻率越高。然而，由于柵長和柵電阻具有 如下所示的關(guān)系
所以，為了同時(shí)降低柵長和柵電阻，我們就需要 使用T形柵技術(shù)。近年來國際上發(fā)表的用來制作T形 柵的技術(shù)主要有兩種(1 )將T形柵版圖分為兩個(gè)劑 量不同的區(qū)域，在基片上涂上三層電子束曝光膠后， 僅用一次電子束曝光來形成T形柵；(2 )在基片上淀 積 一 層二氧化硅(或者氮化硅(&'#4 )，利用圖形 轉(zhuǎn)移技術(shù)和兩次電子束曝光來形成T形柵。
以上兩種方法各有優(yōu)劣。將T形柵版圖分為兩個(gè) 劑量不同的區(qū)域，用三層膠一次電子束曝光形成T形 柵的方法勝在工藝簡單，但是這種方法制作的T形柵
在其寬部和窄部的結(jié)合處很難獲得理想的形貌，從而 增加了柵極的寄生電容，同時(shí)，這種方法也很難獲得 高的寬窄比(寬窄比越大，則在柵長 一 定時(shí)，柵電阻 越小)。然而使用圖形轉(zhuǎn)移和兩次電子束曝光的方法卻 在克服了形貌和寬窄比的問題的同時(shí)，增加了大量的 工藝步驟，嚴(yán)重影響了生產(chǎn)效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種一次電子束曝光形成 高寬窄比T形柵的制作方法，以使其兼具以上兩種方
法的優(yōu)點(diǎn)，從而簡化小柵長的制作工藝， 提高成品率，
降低成本
本發(fā)明 一 種 一 次電子束曝光形成高寬窄比T形柵
的制作方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟1 :制作進(jìn)行電子束曝光所需的T形柵的版
步驟2 :對(duì)制作T形柵的基片進(jìn)行清洗，烘干；
步驟3 :在基片上涂三層電子束曝光膠、烘干；
步驟4 :電子束曝光，將所需的T形柵的版圖轉(zhuǎn)
移到基片上；
步驟5 :顯影和定影，在三層電子束曝光膠上形
成制作T形柵的溝槽；
步驟6 :電子束蒸發(fā)柵極金屬；
步驟7 : 金屬剝離，在溝槽內(nèi)形成T形柵的結(jié)構(gòu)。
其中基片為藍(lán)寶石襯底的氮化鎵/氮化鎵鋁外延片。
中在基片上涂三層電子束曝光膠的材料分別為
PMMA、 PMMA-MAA、 PMMA。苴 z 、中步驟1所述的T形柵的版圖分為三個(gè)曝光劑
量各不相同的區(qū)域，各區(qū)域的曝光劑量分別為-
第區(qū)為114 0 ^C/cm;
第區(qū)b為10 0 /"C/cw2;
第二區(qū)c為
中步驟2中所述的烘干時(shí)的溫度為i i o度，
時(shí)間為5分鐘
中步驟3所述的涂三層電子束曝光膠、烘干，
是指每涂一次電子束曝光膠烘干 一 次。
中步驟4是用電子束一次全部曝光版圖上三個(gè)
劑量各不相同的區(qū)域。
秒中步驟5所述的顯影和定影的時(shí)間均為3 0
中步驟6所述的電子束蒸發(fā)的柵極金屬為鎳/
金，其厚度為30/3 3 0 nm。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明
實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如
圖1是本發(fā)明中制作
曝光膠的剖面示思的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合 后，其中
T形柵所需要的三層電子束圖2是本發(fā)明中所用到的電子束曝光需要的T形
柵的版圖示意圖。
具體實(shí)施例方式
為了實(shí)現(xiàn)這一目的，在仍舊只用一次電子束曝光
的前提下，通過特殊的版圖設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)。如圖2所示 的即為本發(fā)明中用到的T形柵的電子束曝光版圖的示 意圖。在這一版圖設(shè)計(jì)中，充分考慮并利用了電子束 曝光的臨近效應(yīng)，將本應(yīng)完整的T形柵版圖分割為三 個(gè)互相獨(dú)立的且劑量各不相同的區(qū)域(傳統(tǒng)的僅分為 兩個(gè)劑量不同的區(qū)域)，分別標(biāo)識(shí)為第 一 區(qū)a ，第二區(qū) b和第三區(qū)c。通過改變第一區(qū)a和第二區(qū)b之間的距 離，可以改變T形柵頂端寬部和底端窄部的尺寸，再 通過第三區(qū)c的劑量補(bǔ)償，在曝光時(shí)將T形柵的頂端 連成一片，從而可以實(shí)現(xiàn)高的寬窄比(寬窄比可以大 于8);另外，通過改變第三區(qū)c和第一區(qū)a之間的距
離并且優(yōu)化第三區(qū) c的劑量:，可以有效改善T形柵
的形貌。
請(qǐng)參閱圖1及圖2所示，本發(fā)明 一 次電子束曝光
形成高寬窄比T形柵的制作方法，包括如下步驟
步驟1 :制作進(jìn)行電子束曝光所需的T形柵的版
圖，該T形柵的版圖分為三個(gè)曝光劑量各不相同的區(qū)域，各區(qū)域的曝光劑量分別為 第 一 區(qū)a為11 4 0 PC/cm; 第二區(qū)b為10 0 /^/Cw2; 第三區(qū)C為6 0 AC/cm2。；
步驟2 :對(duì)制作T形柵的基片1 0進(jìn)行清洗，烘
干，該基片l o為藍(lán)寶石襯底的氮化鎵/氮化鎵鋁外延
片，其中所述的烘干時(shí)的溫度為1 1 0度，時(shí)間為5 分鐘；
步驟3:在基片l 0上涂三層電子束曝光膠2 0、
3 0、 4 0、烘干，該三層電子束曝光膠2 0、 3 0、
4 0的材料分另ij為 PMMA、 PMMA-MAA、 PMMA， 其中所述
的烘干，是指每涂一次電子束曝光膠烘干一次；
步驟4:電子束曝光，將所需的T形柵的版圖轉(zhuǎn)
移到基片io上，所述的電子束曝光是用電子束一次
全部曝光版圖上三個(gè)劑量各不相同的區(qū)域；
步驟5:顯影和定影，在三層電子束曝光膠2 0、 3 0 、 4 0上形成制作T形柵的溝槽5 0 ，所述的顯 影和定影的時(shí)間均為3 0秒；
步驟6:電子束蒸發(fā)柵極金屬，蒸發(fā)的柵極金屬 為鎳/金，其厚度為3 0/3 3 Onm;
步驟7 :金屬剝離，在溝槽5 0內(nèi)形成T形柵60的結(jié)構(gòu)。
再請(qǐng)參閱圖1和圖2所示，本發(fā)明的詳細(xì)步驟是 制作進(jìn)行電子束曝光所需的T形柵的版圖，版圖
中的第一區(qū)a、第二區(qū)b和第三區(qū)c的劑量分別為l 1
對(duì)已經(jīng)完成器件隔離和源漏電極制作的樣品，用 丙酮，乙醇和去離子水反復(fù)沖洗，待氮?dú)鈽尨登Ш笾?于l 1 0度的烘箱中烘5分鐘；
涂下層電子束曝光膠2 0 (PMMA膠)，要求厚度為 1 8 Onm;涂完后立即放在l 8 0度的熱板上烘5分 鐘；
待樣品冷卻后，涂中層電子束曝光膠3 0 (PMMA-MAA膠)，要求厚度為3 0 0 nm;涂完后立即放 在l 5 0度的熱板上烘1 5分鐘；
待樣品冷卻后，涂上層電子束曝光膠4 0 ( PMMA 膠)，要求厚度為l 0 Onm;涂完后立即放在l 8 0度 的熱板上烘1 0分鐘；
將涂膠后的樣品送電子束曝光，并按照劑量要求 完成曝光，；
顯影顯影液為MIBK: IPA= 1 : 3 ，顯影時(shí)間為3 0秒；定影定影液為I P A ，定影時(shí)間為3 0秒；
完成定影后立即用氮?dú)鈽尨蹈蓸悠?，形成制作T 形柵的溝槽5 0 ，這時(shí)可獲得圖1所示的膠圖形；
電子束蒸發(fā)柵極金屬，柵極金屬的材料為鎳/金二
3 0/3 0 0 nm;
將樣品浸沒于丙酮中完成金屬剝離，形成T形柵 6 0 Q
本方法有、的效果
本方法中，在充分考慮和利用了電子束曝光的臨
近效應(yīng)的前提下，設(shè)計(jì)版圖時(shí)時(shí)，采用將版圖分為三
個(gè)劑量各不相同的區(qū)域來取代以、/ -刖的□ / 、分為兩個(gè)劑量
不同區(qū)域的方法，并且使用二層膠次電子束曝光來
制作T形柵。從而實(shí)現(xiàn)了在不增加工藝步驟的條件下， 獲得具有高寬窄比和良好形貌的T形柵結(jié)構(gòu)，具體的
優(yōu)點(diǎn)如下所示 -
利用臨近效應(yīng)，在版圖設(shè)計(jì)時(shí)增加第 一 區(qū)a 、第二 區(qū)b的距離，以增加T形柵頂端寬部的尺寸，再通過 第H區(qū)c的劑量補(bǔ)償，在曝光時(shí)將T形柵的頂端連成 一片，從而可以獲得高寬窄比的T形柵6 0 ;
改變第一區(qū)a和第三區(qū)c的距離并且優(yōu)化第三區(qū)c 的劑量來改善T形柵6 0的形貌；
僅有 一 次電子束曝光使得工藝簡單可控，重復(fù)性好且有利于提高成品率，降低了大規(guī)模生產(chǎn)的成本；
PMMA膠容易剝離，便于蒸發(fā)金屬后形成良好的T 形柵6 0 。
實(shí)施效果舉例
在寶石襯底上，制作n型GaN的場效應(yīng)晶體管。
在完成了器件的隔離和源漏電極的制作后，用本發(fā)明
中所述的方法制作了柵極。從而獲得了柵長為1 8 0
nm，寬窄比為10(即寬部為l 8 0 Onm)的T形柵，
且整個(gè)場效應(yīng)曰 曰曰體管的性能良好。
本發(fā)明的次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的
制作方法的可控性很強(qiáng)，其使用的電子束曝光膠均為
成熟的商業(yè)化膠，而清洗和顯影定影中所使用到的化
學(xué)試劑也都是常規(guī)的試劑。本方法中所涉及的各個(gè)步
驟都有簡單實(shí)用，操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，實(shí)際效果好。
權(quán)利要求
1、一種一次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1制作進(jìn)行電子束曝光所需的T形柵的版圖；步驟2對(duì)制作T形柵的基片進(jìn)行清洗，烘干；步驟3在基片上涂三層電子束曝光膠、烘干；步驟4電子束曝光，將所需的T形柵的版圖轉(zhuǎn)移到基片上；步驟5顯影和定影，在三層電子束曝光膠上形成制作T形柵的溝槽；步驟6電子束蒸發(fā)柵極金屬；步驟7金屬剝離，在溝槽內(nèi)形成T形柵的結(jié)構(gòu)。
2 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，其中基片為藍(lán)寶石襯底的氮化鎵/氮化鎵鋁外延片。
3、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一次電子束曝光形成 高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，其中在基 片上涂三層電子束曝光膠的材料分別為PMMA 、PMMA-MAA、 PMMA。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，苴 z 、中步驟1所述的T形柵的版圖分為三:個(gè)曝光劑量各不相同的區(qū)域，各區(qū)域的曝光劑量分別為第一區(qū)a為1 1 4 0 ^c/cw第二區(qū)b為1 0 0 -/cm2;第三區(qū)c為6 0 Z^CW。
5、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成咼寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，中步驟2中所述的烘干時(shí)的溫度為11 0度，時(shí)間為5分鐘。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，苴 z 、中步驟3所述的涂三層電子束曝光膠、烘干，是指每涂一次電子束曝光膠烘干 一 次。
7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，中步驟是用電子束一次全部曝光版圖上三個(gè)劑量各不相同的區(qū)域
8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，中步驟所述的顯影和定影的時(shí)間均為3 0秒。
9 、根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 次電子束曝光形成 高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，其中步驟6所述的電子束蒸發(fā)的柵極金屬為鎳/金，其厚度為3 0/3 3 0 nm。
全文摘要
一種一次電子束曝光形成高寬窄比T形柵的制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1制作進(jìn)行電子束曝光所需的T形柵的版圖；步驟2對(duì)制作T形柵的基片進(jìn)行清洗，烘干；步驟3在基片上涂三層電子束曝光膠、烘干；步驟4電子束曝光，將所需的T形柵的版圖轉(zhuǎn)移到基片上；步驟5顯影和定影，在三層電子束曝光膠上形成制作T形柵的溝槽；步驟6電子束蒸發(fā)柵極金屬；步驟7金屬剝離，在溝槽內(nèi)形成T形柵的結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)G03F7/20GK101424878SQ20071017660
公開日2009年5月6日 申請(qǐng)日期2007年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月31日
發(fā)明者楊 張, 楊富華, 陳志剛 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所